JP2019508355A - Carbonaceous material and method of using the same - Google Patents

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Abstract

本開示は、少なくとも2種の異なる炭素質成分を含む組成物であって、少なくとも1種が、典型的には、比較的高いスプリングバックを有する表面改質された炭素質粒状材料であり、少なくとも1種の他の成分が、概して、上記表面改質された炭素質材料成分よりも低いスプリングバック及び/又は高いBET比表面積を有する炭素質粒状材料(例えばグラファイトなど)である組成物に関する。かかる組成物は、それらの有益な電気化学的特性、特に自動車及びエネルギー貯蔵用途におけるそれらの有益な電気化学的特性ゆえに、リチウムイオンバッテリ等用の負極を製造するのに特に有用である。本開示は、炭素質組成物における添加剤としての低スプリングバック炭素質粒状材料の使用にも関し、前記組成物は、当該炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、セルの出力密度を維持しながらLiイオンバッテリの電極密度、セル容量及び/又はサイクル安定性を増加させるためにLiイオンバッテリ用のアノードを製造するために使用される。The present disclosure is a composition comprising at least two different carbonaceous components, wherein at least one is typically a surface-modified carbonaceous particulate material having a relatively high springback, The present invention relates to a composition wherein one other component is generally a carbonaceous particulate material (eg, graphite etc.) having lower springback and / or higher BET specific surface area than the surface modified carbonaceous material component. Such compositions are particularly useful for producing negative electrodes for lithium ion batteries and the like, due to their beneficial electrochemical properties, particularly their beneficial electrochemical properties in automotive and energy storage applications. The present disclosure also relates to the use of a low springback carbonaceous particulate material as an additive in a carbonaceous composition, said composition being compared to a cell having an anode without said carbonaceous additive. It is used to make an anode for a Li-ion battery to increase the electrode density, cell capacity and / or cycle stability of the Li-ion battery while maintaining the power density.

Description

本開示は、少なくとも2種の異なる炭素質成分を含む組成物であって、少なくとも1種が、典型的には、比較的高いスプリングバックを有する表面改質された炭素質粒状材料であり、少なくとも1種の他の成分が、概して、上記表面改質された炭素質材料成分よりも低いスプリングバック及び/又は高いBET比表面積を有する炭素質粒状材料(例えばグラファイトなど)である組成物に関する。かかる組成物は、それらの電気化学的特性、特に自動車及びエネルギー貯蔵用途におけるそれらの電気化学的特性ゆえに、リチウムイオンバッテリ等用の負極を製造するのに特に有用である。   The present disclosure is a composition comprising at least two different carbonaceous components, wherein at least one is typically a surface-modified carbonaceous particulate material having a relatively high springback, The present invention relates to a composition wherein one other component is generally a carbonaceous particulate material (eg, graphite etc.) having lower springback and / or higher BET specific surface area than the surface modified carbonaceous material component. Such compositions are particularly useful for producing negative electrodes for lithium ion batteries and the like, due to their electrochemical properties, in particular their electrochemical properties in automotive and energy storage applications.

本開示は、炭素質組成物における添加剤としての低スプリングバック炭素質粒状材料の使用にも関する。前記組成物は、当該炭素質添加剤を含まないアノードと比較してセルの出力密度を維持しながら、例えば前記バッテリの電極密度、セル容量及び/又はサイクル安定性を増加させるために、Liイオンバッテリ用のアノードを製造するために使用される。   The present disclosure also relates to the use of low springback carbonaceous particulate material as an additive in carbonaceous compositions. The composition, for example, to increase the electrode density, cell capacity and / or cycling stability of the battery, while maintaining the power density of the cell compared to the anode without the carbonaceous additive It is used to manufacture an anode for a battery.

リチウムイオンバッテリは、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラのような家電製品で一般的に好まれるバッテリ技術となっている。他のバッテリ化学と比較して、リチウムイオンバッテリシステムの利点の1つは、約3.5Vの平均セル電圧と軽量な電極材料のために、高出力性能との組み合わせで高エネルギー密度及び比エネルギーに関する。1991年のソニーによる最初のリチウムイオンバッテリの導入から20年超にわたって、リチウムイオンセルは、エネルギー密度の点で大幅に改善された。この発展は、とりわけ、エネルギー消費の増加と、アキュムレータ体積の減少及び電気化学セル容量の増加を必要とする電子デバイスの小型化の傾向とによって動機付けられた。   Lithium ion batteries have become the battery technology of choice for consumer electronics products such as laptop computers, smart phones, video cameras and digital still cameras. Compared to other battery chemistries, one of the advantages of lithium ion battery systems is the high energy density and specific energy combined with high power performance for average cell voltage of about 3.5 V and lightweight electrode material About. Over more than 20 years from the introduction of the first lithium ion battery by Sony in 1991, lithium ion cells have significantly improved in terms of energy density. This development has been motivated, inter alia, by the increase in energy consumption and the trend towards miniaturization of electronic devices that require reduced accumulator volume and increased electrochemical cell capacity.

近年、リチウムイオンバッテリは、ハイブリッド、プラグイン及びフル電気自動車のような自動車用途や、例えば電気グリッドに組み込まれた場合に,電気グリッドにおける電力のピーク消費量を緩衝するため、及び、状況によって通常変動しうる風力発電や太陽エネルギー発電のような再生可能エネルギー発電を統合するために、エネルギー貯蔵システムについても検討されてきた。   In recent years, lithium ion batteries have been used to buffer the peak consumption of power in electrical grids, for example when used in hybrid applications, plug-ins and full electric vehicles, for example when incorporated into electrical grids, and Energy storage systems have also been considered to integrate renewable energy generation such as variable wind power and solar energy generation.

自動車用途の場合、体積当たりのセルのエネルギー(セル容量又はエネルギー密度)と、質量当たりのセルのエネルギー(比エネルギー)は、依然として電気自動車の主要な障害である限られた走行範囲の改善にとって重要な役割を果たす。同時に、自動車産業、電力供給者及びかかるバッテリの最終使用者により要求される著しく長い寿命のために、バッテリの充電速度、サイクル安定性及び耐久性は、かかる用途の場合に、家電製品のバッテリの場合よりもいっそう重要である。   For automotive applications, the energy of cells per volume (cell capacity or energy density) and the energy of cells per mass (specific energy) are important for the improvement of the limited travel range, which is still the main obstacle of electric vehicles Play a role. At the same time, because of the significantly longer lifespan required by the automotive industry, power suppliers and end users of such batteries, the battery's charge rate, cycle stability and durability make it possible, in the case of such applications, to More important than the case.

エネルギー貯蔵用途に使用されるバッテリは、大概は、定置バッテリ用途であるため、セルの体積及び質量は、他の用途、例えばモバイル用途ほど重要ではない。一方、所定の容量保持率でのセル耐久性及び充放電サイクル数は、かかる用途において重要なパラメータである。これは、あらゆる望ましい用途へのリチウムセル技術の普及のための重要な前提条件である最高レベルのバッテリ安全性を確保することと両立する。   Because batteries used for energy storage applications are mostly stationary battery applications, cell volume and mass are not as important as other applications, such as mobile applications. On the other hand, cell durability at a predetermined capacity retention rate and the number of charge and discharge cycles are important parameters in such an application. This is compatible with ensuring the highest level of battery safety, an important prerequisite for the diffusion of lithium cell technology to any desired application.

エネルギー密度、出力密度、耐久性及び安全性などの主要なセルパラメータを全てパラレルに改善することが望ましいが、一方のパラメータを改善することは、しばしば他のセルパラメータに悪影響を及ぼす。例えば、エネルギー密度は、典型的には、出力密度、安全性又は耐久性を損なうことなく増加させることができないか、又は、その逆である。したがって、Liイオンバッテリのセル設計及びエンジニアリングにおいて、当業者は、通常、様々なセルパラメータ間のトレードオフを受け入れなければならない。   While it is desirable to improve in parallel all key cell parameters such as energy density, power density, durability and safety, improving one parameter often adversely affects other cell parameters. For example, energy density can typically not be increased without compromising power density, safety or durability, or vice versa. Thus, in cell design and engineering of Li-ion batteries, one of ordinary skill in the art must generally accept the trade-off between various cell parameters.

Liイオンセルの電気化学的特性に影響を及ぼす1つの重要なコンポーネントは、負極(アノード)である。いくつかのLiイオンバッテリにおいて、アノードは、炭素質材料、例えばグラファイトを、電気化学的に活性な材料として含む。かかる炭素材料は、充放電プロセスでリチウムをインターカレート(intercalating)及びデインターカレート(de-intercalating)することにより電極で生じる電気化学的酸化還元プロセスに関与するため、炭素質材料の特性がバッテリの性能特性に重要な役割を果たすことが期待される。当該技術分野では、グラファイト負極は、電荷受容性の点で限られており、特に自動車用リチウムイオンバッテリの場合に重要な要件である充電速度に関する制限の主な原因であることが広く受け入れられている。   One important component that affects the electrochemical properties of Li-ion cells is the negative electrode (anode). In some Li-ion batteries, the anode comprises a carbonaceous material, such as graphite, as the electrochemically active material. Such a carbon material participates in the electrochemical redox process generated at the electrode by intercalating and de-intercalating lithium in the charge and discharge process, so that the characteristic of the carbonaceous material is It is expected to play an important role in battery performance characteristics. In the art, it is widely accepted that graphite anodes are limited in terms of charge acceptance and are the main cause of limitations on charge rate, which is an important requirement especially for lithium ion batteries for automobiles There is.

これらの理由から、種々の異なる炭素質材料、例えばグラファイトなどが当該技術分野で開発されている。例えば、イメリス・グラファイト・アンド・カーボン(Imerys Graphite & Carbon)の国際公開第2013/149807号は、改善された表面特性を有するグラファイト材料を提供する、酸化処理又は化学蒸着(CVD)コーティングのいずれかにより得られるグラファイト粒子の表面改質方法を記載している。両方法は基本的に互いに異なり、別個のグラファイト粒子を生成するが、両方法は未変性グラファイト自体よりも有利な特性を有するグラファイト粒子をもたらす。これもイメリス・グラファイト・アンド・カーボンの国際公開第2016/008951号(A1)として公開されている同時係属中のPCT出願(PCT/EP2015/066212)には、表面改質された炭素質材料、例えばグラファイトなどが開示されており、未改質の天然又は合成炭素前駆体が、最初に、アモルファスカーボンコーティング(例えばCVD)にかけられ、その後、被覆された材料は酸素含有雰囲気に暴露される。この手順は、表面酸化(「活性化」)前のアモルファス炭素被覆粒子と比べてより親水性の高い表面改質された炭素質粒子をもたらす。   For these reasons, a variety of different carbonaceous materials, such as graphite, have been developed in the art. For example, WO 2013/149807 of Imerys Graphite & Carbon, either an oxidation treatment or a chemical vapor deposition (CVD) coating, provides a graphite material with improved surface properties Describes a method for surface modification of graphite particles obtained by Although both methods are fundamentally different from one another and produce separate graphite particles, both methods result in graphite particles having advantageous properties over unmodified graphite itself. The co-pending PCT application (PCT / EP2015 / 066212), which is also published as Imeris Graphite & Carbon WO 2016/008951 (A1), comprises a surface-modified carbonaceous material, For example, graphite and the like are disclosed, and unmodified natural or synthetic carbon precursors are first applied to an amorphous carbon coating (e.g. CVD) and then the coated material is exposed to an oxygen containing atmosphere. This procedure results in surface-modified carbonaceous particles that are more hydrophilic than amorphous carbon-coated particles prior to surface oxidation ("activation").

リチウムイオンバッテリの負極に活物質として有用な炭素質材料を提供することが1つの目的であった。特に、当該技術分野では、自動車用途(電気自動車など)又はエネルギー貯蔵用途で、リチウムイオンバッテリ用の負極において活物質として使用される場合に有益な特性を有する炭素質材料が引き続き必要とされている。特にかかる用途では、同時にセル容量及びセル出力を犠牲にすることなく、サイクル性能及び耐久性を改善することが望ましい。   It was an object to provide a carbonaceous material useful as an active material for the negative electrode of a lithium ion battery. In particular, there is a continuing need in the art for carbonaceous materials having useful properties when used as an active material in lithium ion battery negative electrodes for automotive applications (such as electric vehicles) or energy storage applications. . Particularly in such applications, it is desirable to improve cycle performance and durability without simultaneously sacrificing cell capacity and cell output.

驚くべきことに、本発明者らは、少なくとも2種の異なる炭素質材料(例えばグラファイトなど)を組み合わせて炭素質粒子の組成物とし、かかる組成物を電極、例えば負極に使用することにより、リチウムイオンバッテリのサイクル性能(例えばサイクル安定性)、耐久性、電極抵抗、電流放電特性、可逆容量及び/又は安全性を向上させることができる電極をもたらすことを見出した。   Surprisingly, the present inventors combine at least two different carbonaceous materials (eg graphite etc.) into a composition of carbonaceous particles and use such a composition in an electrode, eg negative electrode, lithium It has been found to provide an electrode that can improve the cycling performance (eg cycle stability), durability, electrode resistance, current discharge characteristics, reversible capacity and / or safety of the ion battery.

すなわち、第1の態様において、本開示は、典型的には、例えば、≧約20%(すなわち約20%以上)、もしくは≧約30%、又は≧約40%の高いスプリングバック(spring-back)により特徴付けられる少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料(「高スプリングバックの表面改質された炭素質粒子」)と、さらなる成分として、上記の第1の成分よりも低いスプリングバック、例えば、≦約18%(すなわち約18%以下)、又は≦約15%のスプリングバックにより特徴付けられる少なくとも1種の炭素質粒状材料(例えばグラファイト)「低スプリングバック炭素質粒子」とを含む組成物に関する。例えば、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料のスプリングバックは、約20%〜約70%、例えば約20%〜約25%、約25%〜約65%、約30%〜約60%、約35%〜約55%、約40%〜約60%、約45%〜約55%、約50%〜約60%、約55%〜約65%、又は約55%〜約60%であることができる。さらに、例えば、第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料のスプリングバックは、約5%〜約15%、例えば約5%〜約7%、約5%〜約10%%、約5%〜約12%、約7%〜約12%、約10%〜約15%、又は約12%〜約15%であることができる。いくつか実施形態において、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料のスプリングバックよりも少なくとも2%、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、又は少なくとも25%大きいスプリングバックを有することができる。例えば、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料と第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料との間のスプリングバックの差は、2%〜約30%、5%〜25%、10%〜20%、10%〜25%、5%〜15%、又は10%〜25%であることができる。したがって、例えば、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、約20%〜約70%のスプリングバックを有することができ、第2(低スプリングバック)の炭素質材料は、約5%〜約15%のスプリングバックを有することができる。別の例として、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、約40%〜約60%のスプリングバックを有することができ、第2(低スプリングバック)の炭素質材料は、約10%〜約15%のスプリングバックを有することができる。さらに別の例では、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、約55%〜約65%のスプリングバックを有することができ、第2(低スプリングバック)の炭素質材料は、約5%〜約12%のスプリングバックを有することができる。上記議論に従う他の組み合わせも同様に意図され、本明細書に含まれる。典型的には、低スプリングバック炭素質粒状材料のBET SSAは、表面改質された炭素質材料のBET SSAよりも高い。   That is, in a first aspect, the present disclosure typically provides high spring-back, typically, for example, ≧ about 20% (ie, about 20% or more), or 約 about 30%, or 約 about 40%. And at least one surface-modified carbonaceous particulate material ("high-springback surface-modified carbonaceous particles") characterized by Back, eg, at least one carbonaceous particulate material (eg, graphite) “low springback carbonaceous particles” characterized by springback of ≦ about 18% (ie less than about 18%), or ≦ about 15% It relates to the composition containing. For example, the springback of the first surface modified (high springback) carbonaceous particulate material is about 20% to about 70%, such as about 20% to about 25%, about 25% to about 65%, About 30% to about 60%, about 35% to about 55%, about 40% to about 60%, about 45% to about 55%, about 50% to about 60%, about 55% to about 65%, or about It can be 55% to about 60%. Furthermore, for example, the springback of the second (low springback) carbonaceous particulate material is about 5% to about 15%, such as about 5% to about 7%, about 5% to about 10 %%, about 5% -About 12%, about 7% to about 12%, about 10% to about 15%, or about 12% to about 15%. In some embodiments, the first surface modified (high springback) carbonaceous particulate material is at least 2%, at least 5% greater than the springback of the second (low springback) carbonaceous particulate material , May have at least 10%, at least 15%, at least 20%, or at least 25% greater springback. For example, the springback difference between the first surface modified (high springback) carbonaceous particulate material and the second (low springback) carbonaceous particulate material is 2% to about 30%, It can be 5% to 25%, 10% to 20%, 10% to 25%, 5% to 15%, or 10% to 25%. Thus, for example, the first surface-modified (high springback) carbonaceous particulate material can have about 20% to about 70% springback and the second (low springback) carbonaceous The material can have about 5% to about 15% springback. As another example, the first surface-modified (high springback) carbonaceous particulate material can have about 40% to about 60% springback and a second (low springback) carbon The quality material can have a springback of about 10% to about 15%. In yet another example, the first surface-modified (high springback) carbonaceous particulate material can have about 55% to about 65% springback and the second (low springback) The carbonaceous material can have a springback of about 5% to about 12%. Other combinations in accordance with the above discussion are similarly contemplated and are included herein. Typically, the BET SSA of the low springback carbonaceous particulate material is higher than the BET SSA of the surface modified carbonaceous material.

いくつかの実施形態において、高スプリングバックの表面改質された炭素質粒子は、化学的プロセスにより改質された天然又は合成グラファイトのコアによって、及び/又は、約20m/g未満、例えば4.1m/g〜20m/gである比較的低いBET比表面積(BET SSA)によって特徴付けられる。いくつかの実施形態において、例えば、炭素質(例えば天然又は合成グラファイト)粒子の表面を、酸化させてもよく、及び/又は、表面の結晶性に影響を及ぼすプロセスにかけてもよい。かかるプロセスとしては、国際公開第2013/149807号又はPCT/EP2015/066212にそれぞれ示されているプロセスが挙げられるが、これらに限定されない。高スプリングバックの表面改質された炭素質粒子は、約20m/g未満、約15m/g未満、約10m/g未満、又は約6〜8m/g未満の比較的低いBET比表面積(BET SSA)により特徴付けられる。必要に応じて、それらのBET SSAは、4.1m/g〜20m/g、もしくは4.5m/g〜15m/g、又は4.1m/g〜10m/gであることができる。典型的には最高30質量%(wt%)までの量で存在することができる低スプリングバック炭素質粒状材料は、これらの実施形態において、例えば約5、6、7、8又は10m/gを超えるBET SSAを有する表面改質された高スプリングバックグラファイトのBET SSAよりも一般的に高いBET SSAを有する高結晶性の未改質グラファイト材料として特徴付けられる。 In some embodiments, the high springback surface modified carbonaceous particles are by a core of natural or synthetic graphite modified by a chemical process and / or less than about 20 m 2 / g, eg 4 .1m characterized by 2 / g~20m relatively low BET specific surface area is 2 / g (BET SSA). In some embodiments, for example, the surface of carbonaceous (eg, natural or synthetic graphite) particles may be oxidized and / or subjected to processes that affect the crystallinity of the surface. Such processes include, but are not limited to, the processes shown in WO 2013/149807 or PCT / EP2015 / 066212, respectively. Surface modified carbonaceous particles of high spring back is less than about 20 m 2 / g, less than about 15 m 2 / g, less than about 10 m 2 / g, or relatively low BET ratio of less than about 6-8 m 2 / g It is characterized by surface area (BET SSA). If necessary, their BET SSA is the 4.1m 2 / g~20m 2 / g, or 4.5m 2 / g~15m 2 / g, or 4.1m 2 / g~10m 2 / g be able to. The low springback carbonaceous particulate material, which can typically be present in amounts up to 30% by weight (wt%), is, for example, about 5, 6, 7, 8 or 10 m 2 / g in these embodiments. It is characterized as a highly crystalline unmodified graphite material with BET SSA generally higher than BET SSA of surface modified high springback graphite with BET SSA greater than.

下記の実施例のセクションで示すように、少なくとも2種の異なる炭素質材料のかかる組み合わせは、リチウムイオンバッテリのセル容量及びセル出力に悪影響を及ぼさずにサイクル性能及び耐久性/安全性を改善するために有利に使用することができ、自動車及びエネルギー貯蔵用途で特に有用である。   As shown in the Examples section below, such a combination of at least two different carbonaceous materials improves cycle performance and durability / safety without adversely affecting cell capacity and cell output of lithium ion batteries It can be used to advantage and is particularly useful in automotive and energy storage applications.

したがって、本開示の別の関連する態様は、Liイオンバッテリの負極を製造するための、本明細書で規定されるとおりの組成物の使用である。   Thus, another related aspect of the present disclosure is the use of a composition as defined herein for making a negative electrode of a Li-ion battery.

上記のとおり、かかる電極、および対応するLiイオンバッテリは、自動車またはエネルギー貯蔵用途、例えば電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はエネルギー貯蔵セルなどにおいて特に有用である。したがって、本開示のさらなる態様は、Liイオンバッテリのアノードに活物質として本明細書に記載のとおりの組成物を活物質として含む、電極、リチウムイオンバッテリ、もしくは電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はエネルギー貯蔵セルを含む。   As noted above, such electrodes, and corresponding Li-ion batteries, are particularly useful in automotive or energy storage applications such as, for example, electric vehicles, hybrid electric vehicles, or energy storage cells. Thus, a further aspect of the present disclosure relates to an electrode, a lithium ion battery, or an electric car, a hybrid electric car, or an energy comprising as an active material a composition as described herein as an active material in the anode of a Li ion battery Includes storage cells.

上記炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、セルの出力密度を維持しながらLiイオンバッテリのセル容量及び/又はサイクル安定性を増加させる炭素質添加剤としての本明細書で規定されるとおりの低スプリングバック炭素質材料の使用は、本開示の別の態様を表す。   Herein as a carbonaceous additive that increases cell capacity and / or cycle stability of a Li-ion battery while maintaining the power density of the cell as compared to a cell having the anode without the carbonaceous additive The use of a low springback carbonaceous material as defined represents another aspect of the present disclosure.

さらに、上記炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、セルの出力密度を維持しながらLiイオンバッテリのアノードの密度を増加させる炭素質添加剤として本明細書で規定されるとおりの低スプリングバック炭素質粒状材料の使用は、本開示のさらに別の態様である。   Further, as defined herein as a carbonaceous additive that increases the density of the anode of a Li-ion battery while maintaining the power density of the cell as compared to a cell having the anode without the carbonaceous additive. The use of the low springback carbonaceous particulate material of the present invention is yet another aspect of the present disclosure.

本発明者らは、少なくとも2種の異なる炭素質成分を注意深く選択することにより、Liイオンバッテリの負極において活物質として用いた場合に良好な特性を有する炭素質組成物を得ることができることを見出した。   The present inventors have found that by carefully selecting at least two different carbonaceous components, it is possible to obtain a carbonaceous composition having good properties when used as an active material in a lithium ion battery negative electrode The

したがって、一態様において、本開示は、少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料と、当該表面改質された炭素質粒状材料よりも低いスプリングバックを有する少なくとも1種の他の炭素質粒状材料(「低スプリングバック炭素質材料」)とを含む組成物を提供する。典型的には、少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料のBET SSAは、少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料のBET SSAよりも高い。グラファイト又は炭素質粒子に関連する用語「表面改質された」は、例えば炭素質粒子の表面に追加の官能基を導入することによって、又は、炭素質粒子の表面にアモルファスもしくは少なくとも本質的に非結晶質の炭素の層(完全であっても不完全であってもよい)を加えることによって、その表面が化学的に改質された粒子を指すと一般的に理解されている。追加の官能基を導入することは、例えば、炭素質粒子を、制御された条件下で酸素(又は酸素を放出することができる化学種)に暴露すること(粒子の表面の化学的構成を変えるのに十分なものである場合も十分なものでない場合もある粒子を空気に単に暴露するのとは対照的)によって達成することができる。アモルファス/非グラファイトカーボンを加えることは、典型的には、ピッチコーティング、プラズマ重合又は様々な蒸着技術(例えば、CVDなど)によって達成される。言い換えれば、本明細書中で使用される「表面改質された」という用語は、他の非化学的手段、例えば、ミリング(milling)、摩砕(grinding)又は摩擦(abrasion)(すなわち、粒子の大きさを著しく減少させるのではなく粒子の形状を変えるために、粒子を粉砕せずに「研磨する」)のような粒子の機械的操作だけによって引き起こされる表面改質を含まない。   Thus, in one aspect, the present disclosure provides at least one surface modified carbonaceous particulate material and at least one other carbonaceous material having lower springback than the surface modified carbonaceous particulate material. Provided is a composition comprising particulate material ("low springback carbonaceous material"). Typically, the BET SSA of the at least one low springback carbonaceous material is higher than the BET SSA of the at least one surface modified carbonaceous particulate material. The term "surface modified" in connection with graphite or carbonaceous particles, for example by introducing additional functional groups on the surface of the carbonaceous particles, or amorphous or at least essentially not on the surface of the carbonaceous particles It is generally understood to refer to particles whose surface is chemically modified by the addition of a layer of crystalline carbon, which may be complete or incomplete. Introducing additional functional groups, for example, exposes the carbonaceous particles to oxygen (or chemical species capable of releasing oxygen) under controlled conditions (altering the chemical composition of the surface of the particles) In contrast to simply exposing the particles, which may or may not be sufficient, to the air). The addition of amorphous / non-graphitic carbon is typically accomplished by pitch coating, plasma polymerization or various deposition techniques such as CVD. In other words, the term "surface modified" as used herein refers to other non-chemical means such as milling, grinding or abrasion (ie particles) In order not to reduce the size of the particles significantly, but to modify the shape of the particles, it does not include surface modifications caused only by mechanical manipulation of the particles, such as "grinding" the particles without grinding them.

いくつかの実施形態において、第1の表面改質された炭素質粒状材料は、≧約20%、もしくは≧約30%、又は≧約40%のスプリングバックを有する。かかる実施形態において、この成分は、「高スプリングバックの表面改質された炭素質粒状材料」(又は粒子)と呼ばれる。本明細書で使用される「約」という用語は、参照される量又は値とほぼ同じであることを意味し、特定される量又は値の±5%を含むと理解されるべきである。   In some embodiments, the first surface modified carbonaceous particulate material has a springback of 約 about 20%, or 約 about 30%, or 約 about 40%. In such embodiments, this component is referred to as "high springback surface modified carbonaceous particulate material" (or particles). The term "about" as used herein is meant to be approximately the same as the referenced amount or value, and should be understood to include ± 5% of the specified amount or value.

特定の実施形態において、第1(典型的には高スプリングバック)の表面改質された炭素質粒状材料は、20m/g未満、もしくは15m/g未満、もしくは1〜10m/g、もしくは1〜8m/g、又は1〜6m/gのBET SSAにより特徴付けることができる。いくつかの実施形態において、前記表面改質された炭素質粒状材料のBET SSAは、4.0m/gよりも高くてもよく、例えば少なくとも4.1、4.2、4.3、4.4又は4.5m/gであることができる。したがって、特定の実施形態において、前記表面改質された炭素質粒状材料のBET SSAは、少なくとも4.1、4.2、4.3、4.4又は4.5m/g以上で、20m/g未満、もしくは15m/g未満、又は10m/g未満であることができる。 In certain embodiments, the first (typically high springback) surface modified carbonaceous particulate material is less than 20 m 2 / g, or less than 15 m 2 / g, or 1 to 10 m 2 / g, Or it can be characterized by BET SSA of 1 to 8 m 2 / g, or 1 to 6 m 2 / g. In some embodiments, the BET SSA of the surface modified carbonaceous particulate material may be higher than 4.0 m 2 / g, for example at least 4.1, 4.2, 4.3, 4 It can be .4 or 4.5 m 2 / g. Thus, in certain embodiments, the surface modified carbonaceous particulate material has a BET SSA of at least 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 or 4.5 m 2 / g or more and 20 m. less than 2 / g, or 15m less than 2 / g, or may be 10m less than 2 / g.

表面改質された炭素質粒状材料は、いくつかの実施形態において、単独又は任意の可能な組み合わせの、いくつかのさらなるパラメータによってさらに特徴付けることができる:
a)50〜400nm、もしくは60〜200nm、もしくは80〜180nm、又は100〜150nmの結晶子サイズL(X線回折法(XRD)によって測定した場合);
b)5〜100nm、5〜60nm、又は6〜40nmの結晶子サイズL(ラマン分光法によって測定した場合);
c)1.0、1.5、2.0、2.5又は3.0を超えるL/L比;
d)約0.3353〜0.3370nm、又は約0.3354〜0.3365nmのc/2距離;
e)50ppmを超える、もしくは90ppmを超える、又は110ppmを超える酸素含有量;
f)20ppm未満、もしくは10ppm未満、又は5ppm未満のFe含有量;及び/又は
g)0.04%未満、もしくは0.01%未満、又は0.005%未満の灰分含有量。
The surface modified carbonaceous particulate material, in some embodiments, can be further characterized by several additional parameters, alone or in any possible combination:
a) Crystallite size L c of 50 to 400 nm, or 60 to 200 nm, or 80 to 180 nm, or 100 to 150 nm (as measured by X-ray diffractometry (XRD));
b) 5 to 100 nm, 5 to 60 nm, or 6~40nm crystallite size L a (as measured by Raman spectroscopy);
c) L c / L a ratio greater than 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 or 3.0;
d) c / 2 distance of about 0.3353 to 0.3370 nm, or about 0.3354 to 0.3365 nm;
e) an oxygen content of more than 50 ppm, or more than 90 ppm, or more than 110 ppm;
f) Fe content of less than 20 ppm, or less than 10 ppm, or less than 5 ppm; and / or g) ash content of less than 0.04%, or less than 0.01%, or less than 0.005%.

いくつかの実施形態において、少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料は、単独又は任意の組み合わせの、以下のパラメータのうちの1つ又は2つ以上によりさらに特徴付けることができる:
h)約5.0〜約7.0、もしくは5.0〜6.5、もしくは5.2〜6、又は5.3〜5.5である、水性懸濁液中のpH値;
i)約2.24〜2.26g/cm、もしくは約2.245〜2.255g/cm、又は約2.25〜2.255g/cmのキシレン密度;及び/又は
j)632.8nmの励起波長を有するレーザーで測定した場合に、約0.3未満、もしくは約0.25未満、もしくは約0.2未満、又は約0.15未満のI/I比(R(ID/IG))(このパラメータの決定についてのさらなる詳細は、下記の方法のセクションを参照)。
かかる実施形態において、表面改質された炭素質材料は、例えば、炭素質材料、例えば天然又は合成グラファイトを酸素含有雰囲気に所定の時間暴露することによって得ることができる。
In some embodiments, the at least one surface modified carbonaceous particulate material, alone or in any combination, can be further characterized by one or more of the following parameters:
h) pH value in aqueous suspension, which is about 5.0 to about 7.0, or 5.0 to 6.5, or 5.2 to 6, or 5.3 to 5.5;
i) a xylene density of about 2.24 to 2.26 g / cm 3 , or about 2.245 to 2.255 g / cm 3 , or about 2.25 to 2.255 g / cm 3 ; and / or j) 632. when measured with a laser having an excitation wavelength of 8 nm, less than about 0.3, or less than about 0.25, or less than about 0.2, or I D / I G ratio of less than about 0.15 (R (ID / IG)) (see the Method section below for more details on the determination of this parameter).
In such embodiments, the surface-modified carbonaceous material can be obtained, for example, by exposing the carbonaceous material, such as natural or synthetic graphite, to an oxygen-containing atmosphere for a predetermined time.

適切な方法は、例えば、国際公開第2013/149807号により詳細に記載されており、国際公開第2013/149807号の全体を参照により本明細書に援用する。例えば、500〜1100℃の温度で2〜30分間の処理時間で、1m/g〜約15m/gのBET表面積を有する合成グラファイトの酸化は、特許請求の範囲に記載の組成物中の1つの成分として使用することができる表面改質されたグラファイトを生じることができる。上で概説した所望のパラメータを示す材料を得るために、ある種の適応(例えば、酸素含有ガスへの暴露の長さ、原料の選択など)が必要であることが理解されるであろう。 Suitable methods are, for example, described in more detail in WO 2013/149807, which is hereby incorporated by reference in its entirety. For example, in 2 to 30 minutes processing time at a temperature of 500 to 1100 ° C., the oxidation of synthetic graphite having a BET surface area of 1 m 2 / g to about 15 m 2 / g is in the composition of the claimed Surface-modified graphite can be produced which can be used as one component. It will be appreciated that certain adaptations (eg, length of exposure to oxygen-containing gas, choice of feedstock, etc.) are necessary to obtain materials exhibiting the desired parameters outlined above.

他の実施形態において、組成物中の少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料は、非グラファイトの、例えばアモルファスの、炭素コーティングによりコーティングされた炭素質コア粒子を含むことにより特徴付けることができる。これらの実施形態における少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料は、単独又は組み合わせの、以下のパラメータのうちのいずれか1つによりさらに特徴付けることができる:
k)2.2〜2.255g/cm、又は2.23〜2.25g/cmのキシレン密度;
l)80〜350nm、又は100〜160nmの結晶子サイズL
m)5〜100nm、又は20〜60nmの結晶子サイズL
n)632.8nmの励起波長を有するレーザーで測定した場合に、約0.3より大きい、又は約0.4〜1.0のI/I比(R(I/I));及び/又は
o)80ppmを超える、もしくは200ppmを超える、又は300ppmを超える酸素含有量。
In another embodiment, at least one surface-modified carbonaceous particulate material in the composition is characterized by comprising non-graphitic, eg amorphous, carbonaceous coating coated with a carbon coating. it can. The at least one surface modified carbonaceous particulate material in these embodiments, alone or in combination, may be further characterized by any one of the following parameters:
k) a xylene density of 2.2 to 2.255 g / cm 3 , or 2.23 to 2.25 g / cm 3 ;
l) Crystallite size L c of 80 to 350 nm or 100 to 160 nm;
m) Crystallite size L a of 5 to 100 nm, or 20 to 60 nm;
n) an I D / I G ratio (R (I D / I G )) greater than about 0.3, or about 0.4 to 1.0, as measured by a laser having an excitation wavelength of 632.8 nm And / or o) an oxygen content of more than 80 ppm, or more than 200 ppm, or more than 300 ppm.

かかる実施形態において、非グラファイト材料で被覆された少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料は、例えば、化学蒸着(CVD)又は類似の技術によって得ることができる。本開示の文脈において使用することができる好適な方法及び結果として得られる表面改質された炭素質粒子は、例えば国際公開第2013/149807号に詳細に記載されており、国際公開第2013/149807号の開示内容は、本明細書中で先に記載したように、参照によりその全体を本明細書に援用する。   In such embodiments, at least one surface modified carbonaceous particulate material coated with a non-graphitic material can be obtained, for example, by chemical vapor deposition (CVD) or similar techniques. Suitable methods that can be used in the context of the present disclosure and the resulting surface-modified carbonaceous particles are described in detail, for example, in WO 2013/149807 and WO 2013/149807. , The disclosure content of which is incorporated herein by reference in its entirety as previously described herein.

例えば、アモルファス炭素コーティングは、例えばロータリーキルン又は流動床で、典型的には3〜120分間の処理時間で、典型的には窒素又はアルゴンなどの不活性ガスと混合された、例えばアセチレン又はプロピレンなどの炭化水素ガスを用いて、500〜1200℃の温度で、粉末状の天然又は合成グラファイト原料の化学蒸着により得られる。ここでもまた、上で概説した所望のパラメータを示す材料を得るためには、プロセスに対するある種の適応(例えば、炭化水素ガスへの曝露の長さ、炭化水素ガス及び原料の選択など)が必要であることが理解されるであろう。   For example, the amorphous carbon coating is typically mixed with an inert gas such as nitrogen or argon, for example in a rotary kiln or fluid bed, for a treatment time of typically 3 to 120 minutes, such as for example acetylene or propylene It is obtained by chemical vapor deposition of powdered natural or synthetic graphite raw materials at temperatures of 500-1200 ° C. using hydrocarbon gases. Again, certain adaptations to the process (eg, length of exposure to hydrocarbon gas, selection of hydrocarbon gas and feedstock, etc.) are required to obtain materials exhibiting the desired parameters outlined above. It will be understood that

さらに他の実施形態において、少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料は、親水性の、非グラファイト、例えばアモルファスの、カーボンコーティングを有するカーボンコア粒子により特徴付けられる。かかる親水性の非グラファイトカーボンコーティングは、例えば、グラファイトなどの炭素質コア粒子を、最初に、非グラファイトの、例えばアモルファスの、カーボンの層でコーティングし(例えばCVDによって)、その後、コーティングされた粒子を、PCT/EP2015/066212に記載されているように、制御された条件下で酸素含有ガス雰囲気に曝すことによって得ることができる。PCT/EP2015/066212の全体を参照により本明細書に援用する。酸素含有雰囲気への曝露は、炭素質粒状材料の親水性を増加させることができ、本明細書では「活性化」又は「表面酸化」と呼ぶこともある。したがって、前記親水性の表面改質された炭素質粒状材料の炭素被覆は、ある実施形態において、酸化アモルファス炭素から構成される。   In yet another embodiment, the at least one surface modified carbonaceous particulate material is characterized by hydrophilic, non-graphitic, eg amorphous, carbon core particles with a carbon coating. Such hydrophilic non-graphite carbon coatings, for example, particles coated with carbonaceous core particles such as graphite, first with a layer of non-graphite, eg amorphous, carbon (eg by CVD) and then coated Can be obtained by exposure to an oxygen-containing gas atmosphere under controlled conditions, as described in PCT / EP2015 / 066212. The entire PCT / EP2015 / 066212 is incorporated herein by reference. Exposure to an oxygen containing atmosphere can increase the hydrophilicity of the carbonaceous particulate material, sometimes referred to herein as "activation" or "surface oxidation." Thus, the carbon coating of the hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material is, in one embodiment, comprised of oxidized amorphous carbon.

これらの実施形態のいくつかにおいて、少なくとも1種の親水性の表面改質された炭素質粒状材料は、酸化されていない(すなわち、活性化されていない)被覆粒子と比較して増加した濡れ性によってさらに特徴付けることができる。したがって、増加した濡れ性は、炭素質材料の平坦な表面上の水滴の接触角を測定することによって表すことができる。これらの実施形態において、少なくとも1種の親水性の表面改質された炭素質粒状材料は、
(i)90°未満、もしくは75°未満、もしくは70°未満、又は65°未満である3秒後の接触角;及び/又は
ii)約60°未満、もしくは40°未満、30°未満、25°未満、又は20°未満である5秒後の接触角;及び/又は
(ii)少なくとも59mJ/m、又は少なくとも62、67もしくは70mJ/mの前記親水性の表面改質された炭素質粒状材料の表面エネルギー;
により特徴付けることができる。
In some of these embodiments, the at least one hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material has increased wettability as compared to unoxidized (i.e., not activated) coated particles. Can be further characterized by Thus, the increased wettability can be expressed by measuring the contact angle of water droplets on the flat surface of the carbonaceous material. In these embodiments, the at least one hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material comprises
(I) a contact angle after 3 seconds which is less than 90 °, or less than 75 °, or less than 70 °, or less than 65 °; and / or
ii) a contact angle after 5 seconds of less than about 60 °, or less than 40 °, less than 30 °, less than 25 °, or less than 20 °; and / or (ii) at least 59 mJ / m 2 or at least 62, 67 Or the surface energy of said hydrophilic surface modified carbonaceous particulate material of 70 mJ / m 2 ;
It can be characterized by

組成物中の少なくとも1種の親水性表面改質された炭素質粒状材料は、ある実施形態において、
(iii)約200ppmを超える、約400ppmを超える、約600ppmを超える、約700ppmを超える、又は約800ppmを超える酸素含有量;及び/又は
(iv)10.0m/g未満、8.0m/g未満、5.0m/g未満、4.0m/g未満、3.8m/g未満、又は3.6m/g未満のメソポア面積;
によりさらに特徴付けることができる。
In one embodiment, the at least one hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material in the composition comprises
(Iii) an oxygen content of more than about 200 ppm, more than about 400 ppm, more than about 600 ppm, more than about 700 ppm, or more than about 800 ppm; and / or (iv) less than 10.0 m 2 / g, 8.0 m 2 Mesopore area less than 0.5 g / g, less than 5.0 m 2 / g, less than 4.0 m 2 / g, less than 3.8 m 2 / g, or less than 3.6 m 2 / g;
Can be further characterized.

好適な方法及び結果として得られる親水性の表面改質(被覆)された炭素質粒子は、例えば、PCT/EP2015/066212に詳細に記載されており、PCT/EP2015/066212の開示内容は、本明細書中で先に記載したように、参照によりその全体を本明細書に援用する。   Suitable methods and the resulting hydrophilic surface modified (coated) carbonaceous particles are described in detail, for example, in PCT / EP2015 / 066212, the disclosure content of which is incorporated herein by reference. It is incorporated herein by reference in its entirety as previously described in the specification.

少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料を特徴付ける上記実施形態の全てにおいて、前記粒子の炭素質コアは、天然グラファイト、合成グラファイト、コークス、剥離グラファイト(exfoliated graphite)、グラフェン、少数層グラフェン(few-layer graphene)、グラファイトファイバー、ナノグラファイト、非グラファイトカーボン、カーボンブラック、石油系もしくは石炭系コークス、ガラス状カーボン、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンファイバー、ハードカーボン、グラファイト化微細コークス(graphitized fine coke)、もしくはそれらの混合物、又は、さらにケイ素、錫、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、銀、SiO(X=0.2〜1.8)もしくはSnO(SnO及びSnOを含む)粒子を含むかかる炭素粒子の組成物から選択することができる。いくつかの実施形態において、コア粒子は、天然もしくは合成グラファイト粒子、又は天然もしくは合成グラファイト粒子とケイ素又は他のヘテロ原子粒子との混合物である。 In all of the above embodiments characterizing at least one surface-modified carbonaceous particulate material, the carbonaceous core of the particles is natural graphite, synthetic graphite, coke, exfoliated graphite, graphene, minority layer graphene (Few-layer graphene), graphite fiber, nanographite, non-graphite carbon, carbon black, petroleum or coal coke, glassy carbon, carbon nanotube, fullerene, carbon fiber, hard carbon, graphitized fine coke Or mixtures thereof, or further comprising particles of silicon, tin, bismuth, antimony, aluminum, silver, SiO x (x = 0.2 to 1.8) or SnO x (including SnO and SnO 2 ) Charcoal It can be selected from the composition of the particles. In some embodiments, the core particles are natural or synthetic graphite particles, or a mixture of natural or synthetic graphite particles and silicon or other heteroatom particles.

粒状材料は、それらの粒度及び/又はそれらの粒度分布(PSD)によってさらに特徴付けることができることは広く理解されている。粒状材料のPSDを決定するための様々な方法が存在する(PSD決定のいくつかの例については方法のセクションを参照)。   It is widely understood that particulate materials can be further characterized by their particle size and / or their particle size distribution (PSD). There are various ways to determine the PSD of particulate material (see the Methods section for some examples of PSD determination).

したがって、いくつかの実施形態において、少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料は、D90が10〜50μm、もしくは15〜45μm、又は20〜40μmであり、及び/又は、D50が5〜40μm、もしくは7〜30μm、又は10〜25μmである、粒度分布によってさらに特徴付けることができる。 Thus, in some embodiments, the at least one surface modified carbonaceous particulate material has a D 90 of 10 to 50 μm, or 15 to 45 μm, or 20 to 40 μm, and / or a D 50 of It can be further characterized by a particle size distribution which is 5-40 μm, or 7-30 μm, or 10-25 μm.

組成物中の少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料は、必要に応じて、以下のパラメータの1つによってさらに特徴付けることができる:
i)0.7g/cmを超える、もしくは0.8g/cmを超える、もしくは0.9g/cmを超える、もしくは0.95g/cmを超える、又は1g/cmを超えるタップ密度;
ii)20ppm未満、もしくは10ppm未満、又は5ppm未満のFe含有量;及び/又は
iii)0.04%未満、もしくは0.01%未満、又は0.005%未満の灰分含有量。
The at least one surface modified carbonaceous particulate material in the composition can optionally be further characterized by one of the following parameters:
i) tap density of more than 0.7 g / cm 3 , or more than 0.8 g / cm 3 , or more than 0.9 g / cm 3 , or more than 0.95 g / cm 3 , or more than 1 g / cm 3 ;
ii) Fe content of less than 20 ppm, or less than 10 ppm, or less than 5 ppm; and / or
iii) Ash content less than 0.04%, or less than 0.01%, or less than 0.005%.

上記のように、本開示の組成物は、さらに、第1の成分、すなわち表面改質された炭素質材料と比較してより低いスプリングバックを有する少なくとも1種の他の炭素質材料を含む。いくつかの実施形態において、低スプリングバック炭素質粒状材料は、表面改質された炭素質粒状材料のBET SSAよりも高いBET SSAを有することができる。   As mentioned above, the composition of the present disclosure further comprises the first component, ie, at least one other carbonaceous material having lower springback as compared to the surface modified carbonaceous material. In some embodiments, the low springback carbonaceous particulate material can have a BET SSA that is higher than the BET SSA of the surface modified carbonaceous particulate material.

したがって、この低スプリングバック炭素質粒状材料は、いくつかの実施形態において、≦約18%、もしくは≦約16%、もしくは≦約15%、又は≦約12%のスプリングバックにより特徴付けることができる。   Thus, the low springback carbonaceous particulate material can be characterized by ≦ about 18%, or ≦ about 16%, or ≦ about 15%, or ≦ about 12% springback in some embodiments.

代替的に又は追加的に、低スプリングバック炭素質粒状材料は、さらに、≧約5m/g、もしくは≧約6m/g、もしくは≧約7m/g、もしくは≧約8m/g、もしくは≧約9m/g、又は≧約10m/gのBET SSAを有することができる。 Alternatively or additionally, the low springback carbonaceous particulate material further comprises ≧ about 5 m 2 / g, or 約 about 6 m 2 / g, or 約 about 7 m 2 / g, or ≧ about 8 m 2 / g, Or it can have a BET SSA of ≧ about 9 m 2 / g, or ≧ about 10 m 2 / g.

組成物の第2成分としての低スプリングバック炭素質粒状材料は、典型的には、非グラファイトカーボンによるコーティング又は表面酸化などの表面改質(すなわち、本明細書で説明する化学改質)を受けていない炭素質材料である。一方、この文脈では、未改質という用語は、多くの実施形態において、粒子が、例えば所望の粒度分布を得るのに、粉砕されるか、さもなければ他の機械的な力にさらされる必要があるため、炭素質粒子の純粋な機械的操作を許容している。   The low springback carbonaceous particulate material as the second component of the composition is typically subjected to surface modification such as coating with non-graphitic carbon or surface oxidation (ie, chemical modification as described herein). It is not a carbonaceous material. On the other hand, in this context, the term unmodified means that in many embodiments the particles need to be ground or otherwise subjected to other mechanical forces, for example to obtain the desired particle size distribution. Because they allow pure mechanical manipulation of carbonaceous particles.

いくつかの実施形態において、組成物中の低スプリングバックの炭素質粒状材料は、天然又は合成グラファイト、必要に応じて高結晶性グラファイトである。   In some embodiments, the low springback carbonaceous particulate material in the composition is natural or synthetic graphite, optionally high crystalline graphite.

本明細書で使用される場合に「高結晶性」とは、好ましくは、層間距離c/2、実密度(キシレン密度)、及び/又は粒子中の結晶ドメインのサイズ(結晶サイズL)により特徴付けられるグラファイト粒子の結晶性を指す。かかる実施形態において、高結晶性炭素質材料は、≦0.3370nm、もしくは≦0.3365nm、もしくは≦0.3362nm、又は≦0.3360nmのc/2距離により、及び/又は、2.230g・cm−3を超えるキシレン密度、及び/又は、少なくとも20nm、もしくは少なくとも40nm、もしくは少なくとも60nm、もしくは少なくとも80nm、もしくは少なくとも100nmの、又はそれを超えるLによって特徴付けることができる。 As used herein, "high crystallinity" preferably refers to the interlayer distance c / 2, the actual density (xylene density), and / or the size of the crystalline domain in the particle (crystal size L c ) It refers to the crystallinity of the characterized graphite particles. In such embodiments, the highly crystalline carbonaceous material has a c / 2 distance of ≦ 0.3370 nm, or ≦ 0.3365 nm, or ≦ 0.3362 nm, or ≦ 0.3360 nm and / or 2.230 g · It may be characterized by a xylene density greater than cm −3 and / or L c of at least 20 nm, or at least 40 nm, or at least 60 nm, or at least 80 nm, or at least 100 nm, or more.

少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料は、必要に応じて、単独又は組み合わせの、以下のパラメータのうちのいずれか1つによりさらに特徴付けられる:
i)D90が3〜50μm、もしくは5〜30μm、もしくは6〜27μm、又は10〜20μmである粒度分布;
ii)D50が1〜30μm、もしくは2〜20μm、もしくは3〜15μm、又は5〜10μmである粒度分布;
iii)D10が0.5〜10μm、もしくは1〜7μm、もしくは1〜5μm、又は2〜4μmである粒度分布;
iv)30〜400nm、もしくは50nm〜350nm、又は70nm〜250nmの結晶子サイズL(XRDによって測定した場合);
v)約0.4g/cm未満、もしくは約0.3g/cm未満、又は約0.25g/cm未満のスコット密度;
vi)2.24〜2.27g/cm、もしくは2.25〜2.265g/cm、又は2.255〜2.265g/cmのキシレン密度;及び/又は
vii)632.8nmの励起波長を有するレーザーで測定した場合に、約0.3未満、もしくは約0.25未満、もしくは約0.2未満、又は約0.15未満のI/I比(R(I/I))。
The at least one low springback carbonaceous material is further characterized by any one of the following parameters, alone or in combination, as appropriate:
i) Particle size distribution in which D 90 is 3 to 50 μm, or 5 to 30 μm, or 6 to 27 μm, or 10 to 20 μm;
ii) Particle size distribution, wherein D 50 is 1 to 30 μm, or 2 to 20 μm, or 3 to 15 μm, or 5 to 10 μm;
iii) Particle size distribution in which D 10 is 0.5 to 10 μm, or 1 to 7 μm, or 1 to 5 μm, or 2 to 4 μm;
iv) Crystallite size L c (as measured by XRD) of 30 to 400 nm, or 50 nm to 350 nm, or 70 nm to 250 nm;
v) Scott density less than about 0.4 g / cm 3 , or less than about 0.3 g / cm 3 , or less than about 0.25 g / cm 3 ;
vi) a xylene density of 2.24 to 2.27 g / cm 3 , or 2.25 to 2.265 g / cm 3 , or 2.255 to 2.265 g / cm 3 ; and / or
vii) an I D / I G ratio of less than about 0.3, or less than about 0.25, or less than about 0.2, or less than about 0.15, as measured by a laser having an excitation wavelength of 632.8 nm (R (I D / I G )).

少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料を特徴付ける上記実施形態の全てにおいて、前記材料は、天然グラファイト、合成グラファイト、コークス、剥離グラファイト、グラフェン、少数層グラフェン、グラファイトファイバー、ナノグラファイト、グラファイト化微細コークス;又は、ハードカーボン、カーボンブラック、石油系もしくは石炭系コークス、ガラス状カーボンを含む非グラファイトカーボン;カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンファイバー、これらの材料のうちの任意のものの混合物、あるいは、さらにケイ素、錫、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、銀、SiO(X=0.2〜1.8)もしくはSnO(SnO及びSnOを含む)粒子を含むかかる炭素粒子の組成物から選択することができる。いくつかの実施形態において、低スプリングバック炭素質粒子は、天然もしくは合成グラファイト粒子、又は天然グラファイト粒子と合成グラファイト粒子の混合物から選択される。 In all of the above embodiments characterizing at least one low springback carbonaceous material, said material is natural graphite, synthetic graphite, coke, exfoliated graphite, graphene, few-layer graphene, graphite fiber, nanographite, graphitized fine coke Hard carbon, carbon black, petroleum-based or coal-based coke, non-graphite carbon including glassy carbon; carbon nanotube, fullerene, carbon fiber, mixture of any of these materials, or silicon, tin , bismuth, antimony, aluminum, silver, it is selected from the composition of SiO X (X = 0.2~1.8) or SnO x (including SnO and SnO 2) according carbon particles comprising particles Kill. In some embodiments, the low springback carbonaceous particles are selected from natural or synthetic graphite particles, or a mixture of natural graphite particles and synthetic graphite particles.

実施例から分かるように、低スプリングバック成分が、15%未満のスプリングバック、少なくとも8m/gのBET SSA、≦0.3358nmのc/2距離を有する合成又は天然グラファイトである組成物により良好な結果が達成された。実施例にさらに示されているように、低スプリングバック成分は、D90直径が6〜27μmであり、D50直径が3〜15μmであり、D10直径が1〜5μmである粒度分布を有する合成又は天然グラファイトであることができる。 As can be seen from the examples, the composition with the low springback component being synthetic or natural graphite with less than 15% springback, BET SSA of at least 8 m 2 / g, c / 2 distance of ≦ 0.3358 nm is better Results were achieved. As further shown in the examples, the low springback component has a particle size distribution with a D 90 diameter of 6 to 27 μm, a D 50 diameter of 3 to 15 μm, and a D 10 diameter of 1 to 5 μm. It can be synthetic or natural graphite.

少なくとも1種の低スプリングバック炭素質粒状材料は、典型的には、組成物の少量成分(すなわち、組成物の50質量%未満)であるが、組成物の少量成分として存在することは必須でない。特定の実施形態において、低スプリングバックグラファイトの含有量は、組成物の約30質量%未満、もしくは約25質量%未満、もしくは約20質量%未満、もしくは1〜25質量%、もしくは2〜25質量%、もしくは2.5〜20質量%、もしくは2〜18質量%、もしくは2〜15質量%、もしくは2.5〜15質量%、もしくは5〜15質量%、又は10〜15質量%である。   The at least one low springback carbonaceous particulate material is typically a minor component of the composition (i.e., less than 50% by weight of the composition), although it is not essential to be present as a minor component of the composition . In certain embodiments, the low springback graphite content is less than about 30%, or less than about 25%, or less than about 20%, or 1 to 25%, or 2 to 25% by weight of the composition. %, Or 2.5 to 20 mass%, or 2 to 18 mass%, or 2 to 15 mass%, or 2.5 to 15 mass%, or 5 to 15 mass%, or 10 to 15 mass%.

上述したように、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料のスプリングバックよりも少なくとも2%高い、少なくとも5%高い、少なくとも10%高い、少なくとも15%高い、少なくとも20%高い、又は少なくとも25%高いスプリングバックを有することができる。例えば、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料と第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料との間のスプリングバックの差は、2%〜約30%、5%〜25%、10%〜20%、10%〜25%、5%〜15%、又は10%〜25%であることができる。いくつかの実施形態において、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料のスプリングバックは、約20%〜約70%、例えば約20%〜約25%、約25%〜約65%、約30%〜約60%、約35%〜約55%、約40%〜約60%、約45%〜約55%、約50%〜約60%、約55%〜約65%、又は約55%〜約60%であることができる。さらに、例えば、第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料のスプリングバックは、約5%〜約15%、例えば約5%〜約7%、約5%〜約10%%、約5%〜約12%、約7%〜約12%、約10%〜約15%、又は約12%〜約15%であることができる。したがって、例えば、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、約20%〜約70%のスプリングバックを有することができ、第2(低スプリングバック)の炭素質材料は、約5%〜約15%のスプリングバックを有することができる。別の例として、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、約40%〜約60%のスプリングバックを有することができ、第2(低スプリングバック)の炭素質材料は、約10%〜約15%のスプリングバックを有することができる。さらに別の例では、第1の表面改質された(高スプリングバックの)炭素質粒状材料は、約55%〜約65%のスプリングバックを有することができ、第2(低スプリングバック)の炭素質材料は、スプリングバック約5%〜約12%のスプリングバックを有することができる。上記議論に従う他の組み合わせも同様に意図され、本明細書に含まれる。   As mentioned above, the first surface modified (high springback) carbonaceous particulate material is at least 5% higher than the springback of the second (low springback) carbonaceous particulate material, at least 5% It can have high, at least 10% high, at least 15% high, at least 20% high, or at least 25% high springback. For example, the springback difference between the first surface modified (high springback) carbonaceous particulate material and the second (low springback) carbonaceous particulate material is 2% to about 30%, It can be 5% to 25%, 10% to 20%, 10% to 25%, 5% to 15%, or 10% to 25%. In some embodiments, the springback of the first surface modified (high springback) carbonaceous particulate material is about 20% to about 70%, such as about 20% to about 25%, about 25% To about 65%, about 30% to about 60%, about 35% to about 55%, about 40% to about 60%, about 45% to about 55%, about 50% to about 60%, about 55% to about It can be 65%, or about 55% to about 60%. Furthermore, for example, the springback of the second (low springback) carbonaceous particulate material is about 5% to about 15%, such as about 5% to about 7%, about 5% to about 10 %%, about 5% -About 12%, about 7% to about 12%, about 10% to about 15%, or about 12% to about 15%. Thus, for example, the first surface-modified (high springback) carbonaceous particulate material can have about 20% to about 70% springback and the second (low springback) carbonaceous The material can have about 5% to about 15% springback. As another example, the first surface-modified (high springback) carbonaceous particulate material can have about 40% to about 60% springback and a second (low springback) carbon The quality material can have a springback of about 10% to about 15%. In yet another example, the first surface-modified (high springback) carbonaceous particulate material can have about 55% to about 65% springback and the second (low springback) The carbonaceous material can have a springback of about 5% to about 12% springback. Other combinations in accordance with the above discussion are similarly contemplated and are included herein.

上で詳細に記載した2種の異なる炭素質粒状材料に加えて、組成物は、必要に応じて、少なくとも1種の炭素質添加剤をさらに含んでいてもよく、必要に応じて、前記炭素質添加剤の含有量は0質量%〜10質量%、もしくは0.5質量%〜5質量%、又は1質量%〜4質量%である。好適な炭素質添加剤としては、天然グラファイト、合成グラファイト、コークス、剥離グラファイト、グラフェン、少数層グラフェン、グラファイトファイバー、ナノグラファイト、グラファイト化微細コークス;ハードカーボン、カーボンブラック、石油系もしくは石炭系コークス、ガラス状カーボンを含む非グラファイト化カーボン;単層ナノチューブ(single-walled nanotube)(SWNT)、多層ナノチューブ(multiwalled nanotubes)(MWNT)を含むカーボンナノチューブ;フラーレン、カーボンファイバー、又はこれらの材料のうちの任意のものの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、組成物は、少なくとも1種の表面改質された粒状炭素質材料、少なくとも1種の表面改質された粒状炭素質材料よりも低いスプリングバックを有する少なくとも1種の炭素質粒状炭素質材料(例えば、天然又は合成グラファイト)、及びカーボンブラックを含んでもよい。   In addition to the two different carbonaceous particulate materials described in detail above, the composition may optionally further comprise at least one carbonaceous additive, said carbon optionally being The content of the quality additive is 0% by mass to 10% by mass, or 0.5% by mass to 5% by mass, or 1% by mass to 4% by mass. Preferred carbonaceous additives include natural graphite, synthetic graphite, coke, exfoliated graphite, graphene, few-layer graphene, graphite fiber, nanographite, graphitized fine coke; hard carbon, carbon black, petroleum-based or coal-based coke, Non-graphitized carbon containing glassy carbon; single-walled nanotubes (SWNT), carbon nanotubes including multiwalled nanotubes (MWNT); fullerenes, carbon fibers, or any of these materials Mixtures of, but not limited to, mixtures of For example, the composition comprises at least one surface-modified particulate carbonaceous material, at least one carbonaceous particulate material having a lower springback than at least one surface-modified particulate carbonaceous material (Eg, natural or synthetic graphite) and carbon black may be included.

上記組成物は、必要に応じて、さらに、少なくとも1種の非炭素質成分を含んでもよく、必要に応じて、前記非炭素質成分の含有量は3%を超え、もしくは5%を超え、又は10%を超える。好適な非炭素質添加剤としては、ケイ素、錫、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、銀、SiO(X=0.2〜1.8)又はSnO(SnO及びSnOを含む)粒子が挙げられる。 The composition may optionally further include at least one non-carbonaceous component, and if necessary, the content of the non-carbonaceous component is more than 3% or more than 5%, Or more than 10%. Suitable non-carbonaceous additives include silicon, tin, bismuth, antimony, aluminum, silver, SiO x (X = 0.2 to 1.8) or SnO x (including SnO and SnO 2 ) particles .

さらに、上記組成物は、Liイオンバッテリ用の負極を製造するために特に有用であるので、上記組成物は、いくつかの実施形態において、さらに、ポリマーバインダー材料を含んでもよい。好適なポリマーバインダー材料としては、典型的には1〜5質量%の量で、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸及びその誘導体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、又はそれらの混合物が挙げられる。   Further, as the composition is particularly useful for making negative electrodes for Li-ion batteries, the composition may, in some embodiments, further comprise a polymeric binder material. Suitable polymeric binder materials are typically styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), carboxymethylcellulose (CMC), polyacrylic acid and derivatives thereof, polyfluorinated, in an amount of 1 to 5% by weight And vinylidene (PVDF) or mixtures thereof.

少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料及び少なくとも1種の他の炭素質粒状材料を含む組成物の使用
本開示の組成物は、Liイオンバッテリ用の負極において活物質として存在する場合に、有益な組み合わせの特性を有し得るため、本明細書で規定されるとおりの組成物は、Liイオンバッテリ用の負極、特にLiイオンバッテリ駆動電気自動車、もしくはハイブリッド電気自動車、又はエネルギー貯蔵ユニット用のLiイオンバッテリ用の負極を製造するために使用することができる。
Use of a composition comprising at least one surface modified carbonaceous particulate material and at least one other carbonaceous particulate material The composition of the present disclosure is present as an active material in a negative electrode for a Li-ion battery In particular, the composition as defined herein, as it may have a beneficial combination of properties, is a negative electrode for a Li-ion battery, in particular a Li-ion battery-powered electric vehicle or a hybrid electric vehicle, or an energy storage unit Can be used to make a negative electrode for a Li-ion battery.

理論に縛られることを意図しないが、本明細書で開示する組成物(例えば、表面改質された炭素質粒状材料を含む第1の炭素質粒状材料と、表面改質されていない天然又は合成炭素質材料を含む第2の炭素質粒状材料とを組み合わせること)は、電極(例えばLiイオンバッテリの負極)に使用された場合、電解質の電極に浸透する能力を妨げることなく導電性を増進する改善された粒子−粒子間接触をもたらして、電極における必要なイオン伝導度を確保することができる。例えば、第2の炭素質粒状材料は、導電性の表面改質された炭素質材料とともに、電気化学的用途に特に適する3次元構造を提供する、低スプリングバック及び/又は圧縮特性を有する比較的高導電性の材料を、例えばLiイオンバッテリのアノード用の材料として含むことができる。さらに上述したように、上記組成物は、1種以上の追加の高導電性炭素質材料を含んでいてもよく、当該1種以上の追加の高導電性炭素質材料としては、化学的に改質されていてもいなくてもよいカーボンブラックが挙げられるが、これに限定されない。   While not intending to be bound by theory, the compositions disclosed herein (e.g., a first carbonaceous particulate material comprising a surface-modified carbonaceous particulate material and a non-surface-modified natural or synthetic material) Combining with a second carbonaceous particulate material comprising a carbonaceous material), when used in an electrode (e.g. the negative electrode of a Li-ion battery), promotes conductivity without interfering with the ability of the electrolyte to penetrate the electrode An improved particle-particle contact can be provided to ensure the necessary ionic conductivity at the electrode. For example, the second carbonaceous particulate material, together with the conductive surface-modified carbonaceous material, provides a three dimensional structure particularly suitable for electrochemical applications, with relatively low springback and / or compression characteristics. A highly conductive material can be included, for example, as a material for the anode of a Li-ion battery. As further noted above, the composition may include one or more additional high conductivity carbonaceous materials, and the one or more additional high conductivity carbonaceous materials may be chemically modified. Mention may be made, without limitation, of carbon black which may or may not be quality.

再び、理論に縛られることを意図しないが、存在する第2(低スプリングバック)の炭素質材料の量は、バッテリ性能に著しい影響を及ぼすことができると考えられる。例えば、第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料の量を増加させることによって、その量が三次元構造体(負極の電極材料の集合体によって生じたものであって、液体電解質の電極に浸透する能力を妨げる)内の空間を満たすほど十分に高くなるまで、導電率を増加させることができ、その結果、特に、高電流レート充放電にとって不可欠となるイオン伝導度を制限すると考えられる。上記のように、上記組成物は、30質量%未満、例えば1質量%〜25質量%、2.5〜20質量%、2〜15質量%、2.5〜15質量%、5〜15質量%、又は10〜15質量%の第2(低スプリングバック)の炭素質粒状材料を含むことができる。例えば、上記組成物は、少なくとも50質量%の表面改質された炭素質粒状材料(例えば、50質量%〜99質量%、70質量%〜98質量%、75質量%〜95質量%、85質量%〜95質量%、又は80質量%〜90質量%の表面改質された炭素質粒状材料)と、1質量%〜20質量%の低スプリングバック炭素質粒状材料(例えば、2質量%〜18質量%、2質量%〜15質量%、2.5質量%〜15質量%、5質量%〜15質量%、又は10質量%〜15質量%の低スプリングバック炭素質粒状材料)とを含む。かかる組成物は、Liイオンバッテリのアノードで使用された場合に、サイクル安定性、電極抵抗、高電流放電特性及び高い可逆容量の適切なバランスを提供することができる。   Again, while not intending to be bound by theory, it is believed that the amount of secondary (low springback) carbonaceous material present can significantly affect battery performance. For example, by increasing the amount of the second (low springback) carbonaceous particulate material, the amount is generated by the three-dimensional structure (the assembly of the electrode material of the negative electrode, and thus the electrode of the liquid electrolyte) It is believed that the conductivity can be increased until it is high enough to fill the space within which prevents its ability to penetrate, which in particular limits the ionic conductivity which is essential for high current rate charging and discharging. As described above, the composition is less than 30% by mass, for example, 1% by mass to 25% by mass, 2.5 to 20% by mass, 2 to 15% by mass, 2.5 to 15% by mass, 5 to 15% by mass %, Or 10-15% by weight of the second (low springback) carbonaceous particulate material may be included. For example, the composition may comprise at least 50% by weight surface-modified carbonaceous particulate material (eg, 50% to 99% by weight, 70% to 98% by weight, 75% to 95% by weight, 85% by weight). % To 95% by weight, or 80% to 90% by weight of the surface-modified carbonaceous granular material), and 1% to 20% by mass of low springback carbonaceous granular material (for example, 2% by mass to 18%) %, 2% by mass to 15% by mass, 2.5% by mass to 15% by mass, 5% by mass to 15% by mass, or 10% by mass to 15% by mass of a low springback carbonaceous granular material). Such compositions can provide a suitable balance of cycle stability, electrode resistance, high current discharge characteristics and high reversible capacity when used at the anode of a Li-ion battery.

したがって、本開示の別の態様は、高いスプリングバック、例えば20%以上、もしくは30%以上、又は40%以上の高いスプリングバックを有する少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料と、より低いスプリングバック、例えば約18%以下、又は約15%以下の、より低いスプリングバックを有する少なくとも1種の炭素質粒状材料とを含む組成物の、Liイオンバッテリの負極を製造するための使用に関する。かかるLiイオンバッテリは、いくつかの実施形態において、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はエネルギー貯蔵バッテリにおける使用に合わせて適応される。   Thus, another aspect of the present disclosure relates to at least one surface-modified carbonaceous particulate material having high springback, for example 20% or more, or 30% or more, or 40% or more. The use of a composition comprising low springback, for example at least one carbonaceous particulate material having lower springback, for example about 18% or less or about 15% or less, for manufacturing a lithium ion battery negative electrode . Such Li-ion batteries, in some embodiments, are adapted for use in electric vehicles, hybrid electric vehicles, or energy storage batteries.

典型的には、Liイオンバッテリのアノードを製造するための上記組成物の使用は、本明細書で規定されるとおりの組成物が関係し得る。   Typically, the use of the above composition to make the anode of a Li-ion battery may involve the composition as defined herein.

表面改質された炭素質粒状材料を用いた川下製品
したがって、本明細書で規定されるとおりの組成物を活物質として含むリチウムイオンバッテリの負極は、本開示の別の態様を表す。この態様には、負極が、活物質として本開示に従う炭素質粒状材料を100%未満含む電極が含まれる。言い換えると、本開示の一態様として、他の材料(グラファイト又は他の材料)との混合物を含む負極も同様に意図されている。
Downstream Products Using Surface-Modified Carbonaceous Particulate Material Accordingly, a lithium ion battery negative electrode comprising a composition as defined herein as an active material represents another aspect of the present disclosure. This aspect includes an electrode wherein the negative electrode comprises less than 100% of the carbonaceous particulate material according to the present disclosure as an active material. In other words, as one aspect of the present disclosure, negative electrodes comprising mixtures with other materials (graphite or other materials) are also contemplated.

例えば、いくつかの実施形態において、炭素質粒子は、天然グラファイト及び/又は合成グラファイトであってもよく、負極は、さらに、さらなる天然グラファイト、合成グラファイト及び/又はグラファイト化微細コークスを含み、好ましくは、さらなる天然グラファイト、合成グラファイト及び/又はグラファイト化微細カーボンは、少量で、例えば負極の2〜10質量%、又は3〜5質量%の量で存在する。   For example, in some embodiments, the carbonaceous particles may be natural graphite and / or synthetic graphite, and the negative electrode further comprises additional natural graphite, synthetic graphite and / or graphitized fine coke, preferably Additional natural graphite, synthetic graphite and / or graphitized fine carbon are present in small amounts, for example 2 to 10% by weight, or 3 to 5% by weight of the negative electrode.

本開示は、別の態様において、バッテリの負極に活物質として本明細書で規定されるとおりの組成物を含むリチウムイオンバッテリにも関する。再び、負極がさらに他の炭素質粒状材料との混合物を含有するバッテリも本開示のこの態様に含まれる。   The disclosure also relates, in another aspect, to a lithium ion battery comprising a composition as defined herein as an active material on the negative electrode of the battery. Again, batteries wherein the negative electrode further comprises a mixture with other carbonaceous particulate materials are also included in this aspect of the present disclosure.

リチウムイオンバッテリを含む電気自動車、ハイブリッド電気自動車又はプラグインハイブリッド電気自動車であって、リチウムイオンバッテリが、本明細書で規定されるとおりの組成物をバッテリの負極に含むリチウムイオンバッテリを含む電気自動車、ハイブリッド電気自動車又はプラグインハイブリッド電気自動車は、本開示の別の態様を表す。   An electric vehicle comprising a lithium ion battery, a hybrid electric vehicle or a plug-in hybrid electric vehicle, wherein the lithium ion battery comprises a lithium ion battery comprising the composition as defined herein in the negative electrode of the battery , A hybrid electric vehicle or a plug-in hybrid electric vehicle represents another aspect of the present disclosure.

さらに別の態様では、本開示は、本開示に従う親水性の表面改質された炭素質粒状材料を含むエネルギー貯蔵装置に関する。   In yet another aspect, the present disclosure relates to an energy storage device comprising a hydrophilic surface modified carbonaceous particulate material according to the present disclosure.

本開示のさらなる態様は、本明細書で規定されるとおりの組成物を含むカーボンブラシ又は摩擦パッドに関する。   A further aspect of the present disclosure relates to a carbon brush or friction pad comprising a composition as defined herein.

さらに、本開示のさらなる態様は、ポリマーの他に、本明細書で規定されるとおりの組成物を、典型的には5〜95質量%、好ましくは10〜85質量%の質量割合で含むポリマー複合材料に関する。   Furthermore, a further aspect of the present disclosure is a polymer, in addition to the polymer, comprising a composition as defined herein, typically in a proportion by weight of 5 to 95% by weight, preferably 10 to 85% by weight. It relates to a composite material.

さらに、本明細書で規定されるとおりの組成物を気孔(pore)形成材料として含むセラミック、セラミック前駆体材料又はグリーン材料は、本開示のさらなる態様である。   Furthermore, a ceramic, ceramic precursor material or green material comprising a composition as defined herein as a pore-forming material is a further aspect of the present disclosure.

本開示のさらに別の態様は、液体、好ましくは水又は水をベースとするものと、本明細書で規定されるとおりの組成物とを含む分散体であって、分散体が、40質量%の前記炭素質材料を含有する水性分散体では、10s−1の剪断速度で2000〜4000mPa・sという低い粘度を有する。好ましくは、この濃度及び剪断速度での粘度は、2000〜3000mPa・s、又は2300〜2600mPa・sである。 Yet another aspect of the present disclosure is a dispersion comprising a liquid, preferably water or water based, and a composition as defined herein, wherein the dispersion is 40% by weight The aqueous dispersion containing the above-mentioned carbonaceous material has a viscosity as low as 2000 to 4000 mPa · s at a shear rate of 10 s −1 . Preferably, the viscosity at this concentration and shear rate is 2000 to 3000 mPa · s, or 2300 to 2600 mPa · s.

他の用途
本開示のさらなる態様は、≦約18%又は≦約15%のスプリングバックを有する低スプリングバック炭素質粒状材料の炭素質添加剤としての使用であって、当該炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、セルの出力密度を維持しながら、Liイオンバッテリのセル容量及び/又はサイクル安定性を増加させる、炭素質添加剤としての当該炭素質粒状材料の使用に関する。この文脈において、「添加剤」とは、電極が、前記Liイオンバッテリの負極の活物質の少なくともかなりの部分(例えば、30質量%を超える、もしくは40質量%を超える、又は50質量%を超える)として、上記低スプリングバック炭素質粒状材料よりも高いスプリングバックを有する別の炭素質材料を含むことを意味する。
Other Applications A further aspect of the present disclosure is the use of a low springback carbonaceous particulate material having a springback of ≦ about 18% or ≦ about 15% as a carbonaceous additive and comprising the carbonaceous additive The use of the carbonaceous particulate material as a carbonaceous additive to increase cell capacity and / or cycle stability of Li-ion batteries while maintaining cell power density as compared to cells with no anode. In this context, “additive” means that the electrode is at least a substantial proportion of the active material of the negative electrode of the Li-ion battery (eg more than 30% by weight or more than 40% by weight or more than 50% by weight ) Is meant to include another carbonaceous material having a higher springback than the low springback carbonaceous particulate material.

この文脈において、「維持」とは、セルの出力密度が5%超減少しないことを意味する。特定の実施形態において、前記炭素質添加剤を含まないセルと比較して、出力密度は3%超、又は2%超減少しない。この文脈において、「増加」は、それぞれのセルパラメータの少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、又は少なくとも5%の増加と理解されるべきである。   In this context, "maintaining" means that the power density of the cell does not decrease by more than 5%. In certain embodiments, the power density is not reduced by more than 3%, or more than 2%, as compared to a cell that does not include the carbonaceous additive. In this context, "increase" should be understood as an increase of at least 2%, at least 3%, at least 4%, or at least 5% of the respective cell parameter.

この態様のいくつかの実施形態において、低スプリングバック炭素質粒状材料は、上記のとおりのさらなるパラメータのうちのいずれか、例えば少なくとも5m/g、もしくは少なくとも6m/g、又は少なくとも7m/gのBET SSAによって、及び/又は、高結晶性グラファイトであることによって、さらに特徴付けることができる。 In some embodiments of this aspect, low spring back carbonaceous particulate material, any of the additional parameters as described above, such as at least 5 m 2 / g, or at least 6 m 2 / g, or at least 7m 2 / It can be further characterized by the BET BET SSA of g and / or by being a highly crystalline graphite.

典型的には、低スプリングバック炭素質粒状材料は、本明細書で規定されるとおりの表面改質された炭素質材料であってもよい、より高いスプリングバック、例えば20%を超えるスプリングバックを有する炭素質粒子の組成物に少量成分として添加される。いくつかの実施形態において、炭素質添加剤として添加される前記低スプリングバックの炭素質粒状材料の含有量は、上記組成物の30質量%未満、もしくは20質量%未満、もしくは1〜20質量%、又は2〜15質量%である。   Typically, the low springback carbonaceous particulate material is higher springback, eg, greater than 20% springback, which may be a surface modified carbonaceous material as defined herein. It is added as a minor component to the composition of the carbonaceous particles. In some embodiments, the low springback carbonaceous particulate material content added as a carbonaceous additive is less than 30%, or less than 20%, or 1 to 20% by weight of the composition. Or 2 to 15% by mass.

前記低スプリングバック材料の使用は、負極であって、当該電極を含むLiイオンバッテリ(セル)に低い1サイクル当たりの損失を伝える負極を生じることを可能にする。いくつかの実施形態において、2回目から12回目の充電サイクルの間のかかるセルの1サイクルあたりの損失は≦約0.1%である。他の実施形態において、かかるセルの可逆セル容量は、≧350mAh/gである。   The use of said low springback material makes it possible to produce a negative electrode which is a negative electrode and which carries a low loss per cycle to a Li-ion battery (cell) containing said electrode. In some embodiments, the loss per cycle of such a cell between the second and twelfth charge cycles is ≦ about 0.1%. In another embodiment, the reversible cell capacity of such a cell is 350 350 mAh / g.

本開示の別の関連する態様は、本明細書で規定されるとおりの前記低スプリングバック炭素質粒状材料の使用であって、当該炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、セルの出力密度を維持しながら、電極の密度をLiイオンバッテリに相応しく増加させるための、前記低スプリングバック炭素質粒状材料の使用に関する。   Another related aspect of the present disclosure is the use of the low springback carbonaceous particulate material as defined herein, as compared to a cell having an anode that does not contain the carbonaceous additive. Use of the low springback carbonaceous particulate material to increase electrode density appropriately for Li-ion batteries while maintaining cell power density.

この文脈において「維持」とは、セルの出力密度が5%超減少しないことを意味する。特定の実施形態において、前記炭素質添加剤を含まないセルと比較して、出力密度は3%超、又は2%超低下しない。   In this context, "maintaining" means that the power density of the cell does not decrease by more than 5%. In certain embodiments, the power density is not reduced by more than 3%, or more than 2%, as compared to a cell that does not include the carbonaceous additive.

この態様のいくつかの実施形態において、低スプリングバック炭素質粒状材料は、上記のとおりのさらなるパラメータのうちのいずれか、例えば少なくとも5m/g、もしくは少なくとも6m/g、又は少なくとも7m/gのBET SSAによって、及び/又は、高結晶性グラファイトであることによって、さらに特徴付けられる。 In some embodiments of this aspect, low spring back carbonaceous particulate material, any of the additional parameters as described above, such as at least 5 m 2 / g, or at least 6 m 2 / g, or at least 7m 2 / It is further characterized by the BET BET SSA of g and / or by being a highly crystalline graphite.

典型的には、この態様における低スプリングバック炭素質粒状材料は、本明細書で規定されるとおりの表面改質された炭素質材料であってもよいより高いスプリングバック、例えば20%超のスプリングバックを有する炭素質粒子の組成物に少量成分として添加される。いくつかの実施形態において、炭素質添加剤として添加される前記低スプリングバックの炭素質粒状材料の含有量は、上記組成物の30質量%未満、もしくは20質量%未満、もしくは1〜20質量%、又は2〜15質量%である。   Typically, the low springback carbonaceous particulate material in this aspect is a higher springback that may be a surface modified carbonaceous material as defined herein, eg, a spring of greater than 20% It is added as a minor component to the composition of carbonaceous particles having a bag. In some embodiments, the low springback carbonaceous particulate material content added as a carbonaceous additive is less than 30%, or less than 20%, or 1 to 20% by weight of the composition. Or 2 to 15% by mass.

特定の実施形態において、前記炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、電極の得られる密度(同じ圧力を使用)を、少なくとも約3%、5%、7%又は10%増加させることができる。   In certain embodiments, the resulting density of the electrode (using the same pressure) is increased by at least about 3%, 5%, 7% or 10% as compared to a cell having an anode without the carbonaceous additive It can be done.

本明細書に記載の組成物及び炭素質材料を規定するために使用される様々な特性及びパラメータを決定するための適切な方法を、以下でより詳細に説明する。   Suitable compositions for determining the various properties and parameters used to define the compositions and carbonaceous materials described herein are described in more detail below.

測定方法
本明細書で特定される百分率(%)値は、他に特に示さない限り質量基準である。
Methods of Measurement The percentage (%) values specified herein are by mass unless otherwise indicated.

比BET表面積、DFTマイクロポア及びメソポア体積及び面積
この方法は、77Kでp/p0=0.04〜0.26の範囲内での液体窒素の吸収等温線の示度に基づく。窒素ガス吸着は、Quantachrome Autosorb-1で実施した。Brunauer、Emmet及びTeller(Adsorption of Gases in Multimolecular Layers, J. Am. Chem. Soc., 1938, 60, 309-319)により提案された手法に従って、単層体積を決定することができる。窒素分子の断面積、単層体積及び試料の質量に基づいて、比表面積を計算することができる。細孔サイズ分布、ミクロ及びメソポアの体積及び面積を評価するために、77Kでp/p0が0.01〜1の圧力範囲で求めた等温線をDFT計算により処理した。
参考文献: Ravikovitch, P., Vishnyakov, A., Russo, R., Neimark, A., Langmuir 16 (2000) 2311-2320; Jagiello, J., Thommes, M., Carbon 42 (2004) 1227-1232.
Specific BET Surface Area, DFT Micropore and Mesopore Volume and Area This method is based on the reading of the absorption isotherm of liquid nitrogen at 77 K in the range of p / p 0 = 0.04 to 0.26. Nitrogen gas adsorption was performed with Quantachrome Autosorb-1. Monolayer volumes can be determined according to the procedure proposed by Brunauer, Emmet and Teller (Adsorption of Gases in Multimolecular Layers, J. Am. Chem. Soc., 1938, 60, 309-319). The specific surface area can be calculated based on the cross-sectional area of the nitrogen molecule, the monolayer volume and the mass of the sample. In order to evaluate the pore size distribution and the volume and area of micro and mesopores, isotherms determined at a pressure range of 0.01 to 1 at p / p0 of 77 K were processed by DFT calculation.
References: Ravikovitch, P., Vishnyakov, A., Russo, R., Neimark, A., Langmuir 16 (2000) 2311-2320; Jagiello, J., Thommes, M., Carbon 42 (2004) 1227-1232 .

レーザー回折による粒度分布
コヒーレント光ビーム内の粒子の存在は回折を引き起こす。回折パターンの寸法は、粒度と相関する。低出力レーザーからの平行ビームは、水中に懸濁した試料を含むセルをライトアップする。セルを出るビームは、光学系によって集束される。次に、システムの焦点面での光エネルギーの分布が分析される。光検出器により与えられた電気信号は、計算機によって粒度分布に変換される。この方法は、体積粒度分布(PSD)を形成する離散的な数のサイズ等級に対する粒子の全体積の割合をもたらす。この粒度分布は、典型的には、D10、D50及びD90値によって規定され、ここで、粒子集団の10(体積)%はD10値よりも小さいサイズを有し、粒子集団の50(体積)%はD50値よりも小さいサイズを有し、粒子集団の90(体積)%はD90値よりも小さいサイズを有する。
Particle size distribution by laser diffraction The presence of particles in a coherent light beam causes diffraction. The dimensions of the diffraction pattern correlate with the particle size. A collimated beam from a low power laser lights up the cell containing the sample suspended in water. The beam leaving the cell is focused by optics. Next, the distribution of light energy at the focal plane of the system is analyzed. The electrical signal provided by the light detector is converted by the computer into a particle size distribution. This method results in the proportion of the total volume of particles to a discrete number of size classes forming a volumetric particle size distribution (PSD). This particle size distribution is typically defined by the D 10 , D 50 and D 90 values, where 10 (volume)% of the particle population has a size smaller than the D 10 value and 50 of the particle population % (Volume) has a size smaller than the D 50 value, and 90 (volume)% of the particle population has a size smaller than the D 90 value.

本明細書で引用したレーザー回折による粒子サイズ分布データをMALVERN Mastersizer Sで測定した。PSDを決定するために、少量の炭素材料を数滴の湿潤剤及び少量の水と混合した。このようにして調製した試料を装置(MALVERN Mastersizer S)の貯蔵容器に導入し、100%の強度並びに40%に設定されたポンプ及び撹拌速度で5分間超音波処理した後、測定を行った。
参考文献:ISO 13320 (2009)/ISO 14887
The particle size distribution data by laser diffraction cited herein were measured with a MALVERN Mastersizer S. To determine the PSD, a small amount of carbon material was mixed with a few drops of wetting agent and a small amount of water. The samples thus prepared were introduced into the storage container of the apparatus (MALVERN Mastersizer S) and subjected to ultrasonication for 5 minutes at a strength of 100% and a pump and stirring speed set to 40%, followed by measurements.
References: ISO 13320 (2009) / ISO 14887

酸素含有量
固体試料中の酸素質量分率を、不活性ガス融解又は固体キャリアガス熱抽出の原理を用いて評価した。試料をグラファイトるつぼに入れ、電極炉に挿入した。るつぼを、インパルス炉の上部電極と下部電極との間に維持した。不活性ガス(He又はAr)でパージした後に、高電流をるつぼに流すと、温度の上昇(2500℃超)が生じた。炉内で発生したガスを、流動する不活性ガス流中に放出した。次いで、ガス流を適切な赤外線(NDIRによりCOとしてのO)又は熱伝導率(TCDによるN及びH)検出器に送って測定した。機器の較正は、既知の基準物質を用いて行った。
Oxygen Content The mass fraction of oxygen in the solid sample was evaluated using the principle of inert gas melting or solid carrier gas thermal extraction. The sample was placed in a graphite crucible and inserted into an electrode furnace. A crucible was maintained between the upper and lower electrodes of the impulse furnace. After purging with an inert gas (He or Ar), a high current was passed through the crucible resulting in an increase in temperature (above 2500 ° C). The gas generated in the furnace was released into a flowing inert gas stream. The gas flow was then sent to the appropriate infrared (O as CO by NDIR) or thermal conductivity (N and H by TCD) detectors for measurement. Instrument calibration was performed using known reference materials.

濡れ性/表面エネルギー測定
20℃で、スパチュラを用いて1cmのグラファイト粉末を顕微鏡スライド上に広げ、できるだけ平坦な表面を生じさせるために、1バールの圧力でプレスした。2.7質量%の2−プロパノールを含む水溶液を蒸留脱イオン水で調製した。かかる溶液の表面張力は、59mN・m−1又は59mJ/mである(Vazquez et al., J. Chem. Eng. Data, 1995, 40, 611-614から外挿)。その後、Easy Drop装置(Krijss GmbH, Hamburg, Germany)を使用して、全容量10μLのこの溶液の滴を粉末表面上に置いた。
Tangent法1を使用し、システム水(Strom et al., J. Colloid Interface Sci., 1987, 119, 352)を用いて、Drop Shape Analysis DSA1ソフトウェア(Krijss GmbH, Hamburg, Germany)を使用して、溶液液滴と粉末との間の接触角を決定した。この試験における接触角が90°未満である場合、材料は親水性であると見なした。接触角が90°を超える場合、材料は疎水性であると見なした。
Wettability / Surface Energy Measurement At 20 ° C., 1 cm 3 of graphite powder was spread on a microscope slide with a spatula and pressed at a pressure of 1 bar in order to produce as flat a surface as possible. An aqueous solution containing 2.7% by weight of 2-propanol was prepared with distilled deionized water. The surface tension of such solutions is 59 mN · m −1 or 59 mJ / m 2 (extrapolated from Vazquez et al., J. Chem. Eng. Data, 1995, 40, 611-614). Thereafter, drops of this solution in a total volume of 10 μl were placed on the powder surface using an Easy Drop apparatus (Krijss GmbH, Hamburg, Germany).
Using Tangent method 1 and using System Shape Water (Strom et al., J. Colloid Interface Sci., 1987, 119, 352), using Drop Shape Analysis DSA1 software (Krijss GmbH, Hamburg, Germany) The contact angle between the solution droplet and the powder was determined. The material was considered to be hydrophilic if the contact angle in this test was less than 90 °. The material was considered to be hydrophobic if the contact angle exceeded 90 °.

pH値:
1gのグラファイト粉末を2滴のimbentin(商標)を含む50mlの蒸留水中に分散させ、較正済のpH電極を備えたpH計により測定した。
pH value:
1 g of graphite powder was dispersed in 50 ml of distilled water containing 2 drops of imbentinTM and measured with a pH meter equipped with a calibrated pH electrode.

Fe含有量
この分析は、SDAR OES同時発光分光器により行った。振動ミルにより最大粒度80μmに粉砕されたグラファイト粉末を圧縮して錠剤にした。試料を、分光計のアルゴン雰囲気下の励起スタンド上に置いた。その後、全自動分析を開始した。
Fe content This analysis was carried out by means of an SDAR OES simultaneous emission spectrometer. The graphite powder ground to a maximum particle size of 80 μm by a vibratory mill was compressed into tablets. The sample was placed on an excitation stand under an argon atmosphere of the spectrometer. After that, fully automated analysis was started.

灰分含有量
低い壁(low-walled)のセラミックるつぼを、マッフル炉内で800℃で熱し、デシケータ内で乾燥させた。10gの乾燥粉末の試料(精度0.1mg)を秤量して低い壁のセラミックるつぼに入れた。この粉末を815℃の温度で恒量になるまで(少なくとも8時間)燃焼させた。残渣は灰分含有量に相当する。これは、試料の初期質量に対する百分率として表される。
参考文献:DIN 51903及びDIN 51701 (分割法)、ASTM C 561-91
Ash Content Low-walled ceramic crucibles were heated at 800 ° C. in a muffle furnace and dried in a desiccator. A 10 g sample of dry powder (0.1 mg accuracy) was weighed into a low wall ceramic crucible. The powder was fired at a temperature of 815 ° C. to constant weight (at least 8 hours). The residue corresponds to the ash content. This is expressed as a percentage of the initial mass of the sample.
References: DIN 51903 and DIN 51701 (division method), ASTM C 561-91

キシレン密度
この分析は、DIN 51 901に規定されているとおりの液体排除の原理に基づく。約2.5g(精度0.1mg)の粉末を25mlピクノメーターにより秤量した。キシレンを真空下(15Torr)で加えた。標準圧力下で数時間の滞留時間後、ピクノメーターを状態調整し、計量した。この密度は、質量と体積の比を表す。この質量は、試料の質量により与えられ、体積は、試料粉末ありの場合及び試料粉末なしの場合のキシレン充填ピクノメーターの質量の差から計算される。
参考文献:DIN 51 901
Xylene density This analysis is based on the principle of liquid exclusion as defined in DIN 51 901. Approximately 2.5 g (0.1 mg accuracy) of the powder was weighed by a 25 ml picnometer. Xylene was added under vacuum (15 Torr). After several hours of residence time under standard pressure, the pycnometer was conditioned and weighed. This density represents the mass to volume ratio. This mass is given by the mass of the sample, and the volume is calculated from the difference in mass of the xylene filled pycnometer with and without the sample powder.
Reference: DIN 51 901

スコット密度(見掛け密度)
スコット密度は、ASTM B 329-98(2003)に従うスコットボリュームメーターに乾燥炭素粉末を通すことによって決定した。粉末をワン・イン・スリー(1 in 3)容器(16.39cmに相当)に採取し、0.1mgの精度で秤量した。質量と体積の比はスコット密度に対応する。測定を3回行い、平均値を算出した。
Scott density (Apparent density)
Scott density was determined by passing the dry carbon powder through a Scott volume meter according to ASTM B 329-98 (2003). The powder was collected in a 1 in 3 container (equivalent to 16.39 cm 3 ) and weighed to an accuracy of 0.1 mg. The mass to volume ratio corresponds to Scott density. The measurement was performed three times and the average value was calculated.

グラファイトの嵩密度は、校正済ガラスシリンダー中の250mlの試料の質量から計算した。   The bulk density of the graphite was calculated from the mass of a 250 ml sample in a calibrated glass cylinder.

タップ密度
100gの乾燥グラファイト粉末を慎重にメスシリンダーに注いだ。その後、シリンダーを、偏心シャフトに基づくタッピング機に固定し、1500ストロークを行った。体積の読み取りを行って、タップ密度を計算した。
参考文献:DIN-ISO 787-11
Tap density 100 g of dry graphite powder was carefully poured into a measuring cylinder. The cylinder was then fixed to a tapping machine based on an eccentric shaft and subjected to 1500 strokes. Volume readings were taken to calculate tap density.
Reference: DIN-ISO 787-11

吸油価(カーボンブラック)
パラフィンオイルを、吸光度計のミキサーチャンバー内の乾燥(125℃で1時間)されたカーボンブラック試料に定速ビュレットにより加えた。試料がオイルを吸収するにつれて、混合物は、粘度の増加を伴って、自由流動状態から半可塑性凝集物の状態に変化した。この増加した粘度は、トルク感知システムに伝達される。粘度が所定のトルクレベルに達したら、吸収計とビュレットを同時に遮断した。加えたオイルの量をビュレットから読み取った。カーボンブラックの単位質量あたりのオイルの体積が吸油量である。
Oil absorption number (carbon black)
Paraffin oil was added to the dried (1 hour at 125 ° C.) carbon black sample in the mixer chamber of the absorbance meter via a constant speed burette. As the sample absorbed the oil, the mixture changed from a free flowing state to a semiplastic aggregate state with an increase in viscosity. This increased viscosity is transmitted to the torque sensing system. When the viscosity reached a predetermined torque level, the absorptiometer and burette were shut off simultaneously. The amount of oil added was read from the burette. The volume of oil per unit mass of carbon black is the oil absorption.

吸油価(グラファイト)
スローフィルターペーパーを、内径13.5mmであり、底部に篩(18メッシュ)を有する特別な遠心分離金属管に入れた。このフィルターを濡らすために、0.5gのパラフィンオイル(Exxon Mobile製のMarcol 82)を管に充填し、521g(1g=9.81m/s、シグマ6−10遠心分離機で1500rpmに相当する)で30分間遠心分離した。湿潤操作の後、管の重さを量り、0.5gのグラファイト粉末を加えた。グラファイトを1.5gのパラフィンオイルで覆い、521gで90分間遠心分離した。遠心分離後、チューブを秤量した。量増加に基づいてグラファイト粉末100gあたりの吸油量を算出した。
− イメリス(Imerys)内部法
Oil absorption value (graphite)
The slow filter paper was placed in a special centrifugally separated metal tube with an inner diameter of 13.5 mm and a sieve (18 mesh) at the bottom. In order to wet this filter, the tube is filled with 0.5 g paraffin oil (Marcol 82 from Exxon Mobile), and 521 g (1 g = 9.81 m / s 2 , equivalent to 1500 rpm with a Sigma 6-10 centrifuge) Centrifuged for 30 minutes. After the wetting operation, the tube was weighed and 0.5 g of graphite powder was added. The graphite was covered with 1.5 g of paraffin oil and centrifuged at 521 g for 90 minutes. After centrifugation, the tubes were weighed. The oil absorption per 100 g of graphite powder was calculated based on the increase in amount.
-Internal method of Imerys

ラマン分光法
ラマン分析は、HORIBA Scientific製の、632.8nmのHeNeレーザーを用のLabRAM-ARAMIS Micro-Raman分光光度計を使用して行った。比I/Iは、いわゆるバンドD及びバンドGの強度の比に基づく。これらのピークは、それぞれ1350cm−1及び1580cm−1で測定され、炭素材料に特徴的である。
結晶子サイズL
結晶子サイズは、式:
[オングストローム]=C×(I/I
を使用して、ラマン測定値から計算することができる。
ここで、定数Cは、それぞれ514.5nm及び632.8nmの波長を有するレーザーの場合に44[Å]及び58[Å]の値を有する。D及びGバンドラマン吸収ピークの強度はそれぞれ約1350cm−1及び1580m−1である。
Raman Spectroscopy Raman analysis was performed using a LabRAM-ARAMIS Micro-Raman spectrophotometer from HORIBA Scientific, using a 632.8 nm HeNe laser. The ratio I D / I G is based on the ratio of intensities of so-called band D and band G. These peaks are respectively measured at 1350 cm -1 and 1580 cm -1, which is characteristic of the carbon material.
Crystallite size L a
The crystallite size is the formula:
L a [Angstrom] = C × (I G / I D )
Can be calculated from Raman measurements.
Here, the constant C has values of 44 Å and 58 Å for lasers having wavelengths of 514.5 nm and 632.8 nm, respectively. The intensities of the D and G band Raman absorption peaks are about 1350 cm −1 and 1580 m −1 respectively.

X線回折
PANalytical X’Celerator検出器と連結されたPANalytical X’Pert PRO回折計を用いてXRDデータを収集した。回折計は、表1に示す以下の特性を有する。

Figure 2019508355
X-ray diffraction
XRD data were collected using a PANalytical X'Pert PRO diffractometer coupled with a PANalytical X'Celerator detector. The diffractometer has the following characteristics shown in Table 1.
Figure 2019508355

PANalytical X’Pert HighScore Plusソフトウェアを使用してデータを分析した。   Data were analyzed using PANalytical X'Pert HighScore Plus software.

層間間隔c/2
層間間隔c/2は、X線回折法により測定した。[002]反射プロファイルのピーク最大値の角度位置を決定し、ブラッグ方程式を適用することによって、層間間隔を計算した(Klug and Alexander, X-ray diffraction Procedures, John Wiley & Sons Inc., New York, London (1967))。炭素の低い吸収係数、機器のアライメント及び試料の非平面性による問題を回避するために、内部標準であるシリコン粉末を試料に添加し、グラファイトのピーク位置を、シリコンピークの位置を基準として再計算した。グラファイト試料は、ポリグリコールとエタノールとの混合物を添加することによってシリコン標準粉末と混合した。得られたスラリーを、その後、150μmのスペーシングでブレードを用いてガラス板上に適用し、乾燥させた。
Interlayer spacing c / 2
The interlayer spacing c / 2 was measured by X-ray diffraction. [002] Interlayer spacing was calculated by determining the angular position of the peak maximum of the reflection profile and applying the Bragg equation (Klug and Alexander, X-ray diffraction Procedures, John Wiley & Sons Inc., New York, London (1967)). In order to avoid problems due to low absorption coefficient of carbon, instrument alignment and sample non-planarity, silicon powder which is internal standard is added to the sample and the peak position of graphite is recalculated with reference to the position of silicon peak did. Graphite samples were mixed with silicon standard powder by adding a mixture of polyglycol and ethanol. The resulting slurry was then applied on a glass plate with a blade at a spacing of 150 μm and allowed to dry.

結晶子サイズL
結晶子サイズは、[002]回折プロファイルの分析及びピークプロファイルの半値幅を求めることによって、決定した。ピークのブロードニングは、Scherrer(P. Scherrer, Gottinger Nachrichten 2, 98 (1918))によって提案されたように、結晶子サイズによって影響されるはずである。しかしながら、このブロードニングは、X線吸収、ローレンツ偏光因子及び原子散乱因子などの他の要因によっても影響を受ける。内部シリコン標準を使用し、Scherrerの式に補正関数を適用することによって、これらの影響を考慮するいくつかの方法が提案されている。本開示では、Iwashitaにより提案された方法(N. Iwashita, C. Rae Park, H. Fujimoto, M. Shiraishi and M. Inagaki, Carbon 42, 701-714 (2004))を使用した。試料の調製は、上記のc/2の決定と同じであった。
Crystallite size L c
The crystallite size was determined by analysis of the [002] diffraction profile and determining the half-width of the peak profile. Peak broadening should be influenced by crystallite size as suggested by Scherrer (P. Scherrer, Gottinger Nachrichten 2, 98 (1918)). However, this broadening is also influenced by other factors such as X-ray absorption, Lorentz polarization factors and atomic scattering factors. Several methods have been proposed to account for these effects by using an internal silicon standard and applying a correction function to the Scherrer equation. In the present disclosure, the method proposed by Iwashita (N. Iwashita, C. Rae Park, H. Fujimoto, M. Shiraishi and M. Inagaki, Carbon 42, 701-714 (2004)) was used. The preparation of the sample was the same as the determination of c / 2 above.

スプリングバック
スプリングバックは、圧縮グラファイト粉末のレジリエンスに関する情報の源である。所定量の粉末を直径20mmのダイに詰めた。パンチを挿入してダイを密封した後、ダイから空気を排出した。1.5メートルトンの圧縮力を加えて0.477t/cmの圧力を生じさせて、粉末高さを記録した。圧力を解放した後に、この高さを再び記録した。スプリングバックは、圧力下の高さに対する高さの差を百分率(%)表したものである。
Springback Springback is a source of information on the resilience of compressed graphite powder. A predetermined amount of powder was packed into a 20 mm diameter die. After inserting the punch and sealing the die, air was exhausted from the die. The powder height was recorded applying a compressive force of 1.5 metric tons to produce a pressure of 0.477 t / cm 2 . After releasing the pressure, this height was recorded again. Springback is the percentage (%) of the difference in height with respect to the height under pressure.

接着力
接着力は、以下の手順に従って脚色したD1876(ASTM International)で規定されている標準T型剥離試験に従って測定した:活物質混合物は、シェーカーミキサーにより1時間かけて主グラファイト成分及び少量グラファイト成分を特定の比率で組み合わせることにより調製した。97%の活物質、1%のCMC(カルボキシメチルセルロース)及び2%のSBR(スチレン−ブタジエンゴム)を含有する水性スラリーを調製し、Cu箔上に160μmでキャストし、80℃で15分間及び150℃で一晩乾燥させた。切断ダイを使用して各シートから長方形の試験片(3.5cm×7.14cm)を切り出した。各試験片(25cm)を400kNで1秒間プレスし、その後、透明テープの接着剤側に載置した。最初に、非接着性紙の細長いストリップ(約5mm×>3.5cm)を試験片の短辺側と平行に置いた。透明テープを試験片の縁に沿って切り取った。非接着性紙によって、2つのタブを反対方向に折り返すことが可能となり、T型接着試験片をもたらした。タブをグリップに取り付け、20Nのロードセルを備えた剥離強度試験機(LF Plus, Lloyd Instruments)に取り付けた。Nexygen Plusソフトウェアを使用して、T型剥離試験を100mm/分の剥離速度及び150mmのクロスヘッド限界で実施した。接着力は、20mm〜100mmの間の平均値から140mm〜150mmの間の平均値(試験片が完全に分離)を差し引くことによって計算した。接着力をT型剥離強度(N/m)に変換するために、得られた接着力を0.035mで割った。
Adhesion Adhesion was measured according to the standard T-peel test specified in D1876 (ASTM International), which was adapted according to the following procedure: The active material mixture is the main graphite component and the minor graphite component over 1 hour with a shaker mixer Were prepared by combining in specific proportions. An aqueous slurry containing 97% active material, 1% CMC (carboxymethylcellulose) and 2% SBR (styrene-butadiene rubber) is prepared, cast at 160 μm on Cu foil, 15 minutes at 80 ° C. and 150 minutes Dried overnight at ° C. Rectangular specimens (3.5 cm × 7.14 cm) were cut from each sheet using a cutting die. Each specimen (25 cm 2 ) was pressed at 400 kN for 1 second and then placed on the adhesive side of the clear tape. First, an elongated strip of non-adhesive paper (about 5 mm x> 3.5 cm) was placed parallel to the short side of the specimen. Transparent tape was cut along the edge of the test specimen. The non-adhesive paper allowed the two tabs to be folded in the opposite direction, resulting in a T-type adhesive specimen. The tab was attached to the grip and attached to a peel strength tester (LF Plus, Lloyd Instruments) equipped with a 20N load cell. T-peel testing was performed at a peel speed of 100 mm / min and a crosshead limit of 150 mm using Nexygen Plus software. The adhesion was calculated by subtracting the average value between 140 mm and 150 mm (the test pieces completely separated) from the average value between 20 mm and 100 mm. The resulting adhesion was divided by 0.035 m to convert the adhesion to T-peel strength (N / m).

電極密度
7〜8mg/cmの担持量を有する銅箔集電体(厚さ18μm)上のグラファイト電極の電極密度を測定した。直径12mmの円盤状試験片を打ち抜き、20MPa(2kN/cm)でプレスした。圧力を解放した後、高さゲージ(TESA-HITE)で電極厚さを測定し、電極塊(銅箔なし)と電極体積から密度を計算することにより、電極密度を求めた。
Electrode Density The electrode density of the graphite electrode on a copper foil current collector (thickness 18 μm) having a loading of 7 to 8 mg / cm 2 was measured. A disc-shaped test piece with a diameter of 12 mm was punched out and pressed at 20 MPa ( 2 kN / cm 2 ). After releasing the pressure, the electrode density was measured by measuring the electrode thickness with a height gauge (TESA-HITE) and calculating the density from the electrode block (without copper foil) and the electrode volume.

電気化学的測定:
電気化学的測定
質量比98:1:1のグラファイト、CMC(カルボキシメチルセルロース)及びSBR(スチレン−ブタジエンゴム)を用い、自転−公転ミキサー(THINKY, ARE-310)を用いてグラファイトスラリーを調製した。このスラリーを銅箔上に塗布することにより、7〜8mg/cmに調節されたグラファイト電極を作製した。全ての電極を1.7g/cmにプレスした。
Electrochemical measurement:
Electrochemical Measurement A graphite slurry was prepared using graphite, CMC (carboxymethylcellulose) and SBR (styrene-butadiene rubber) in a mass ratio of 98: 1: 1 using a rotation-revolution mixer (THINKY, ARE-310). The slurry was applied onto a copper foil to prepare a graphite electrode adjusted to 7 to 8 mg / cm 2 . All electrodes were pressed to 1.7 g / cm 3 .

電気化学的測定を、25℃で、2032型コインセルで行った。このセルは、リチウム電極(直径14mm、厚さ0.1mm)、ポリエチレンセパレータ(直径16mm、厚さ0.02mm)、200μLの電解質(EC:EMC 1:3v/v中の1M LiPF)、及びグラファイト電極(直径14mm)を使用して、Arを充填したグローブボックス内で組み立てた。 Electrochemical measurements were made at 25 ° C. in a 2032 coin cell. The cell consists of a lithium electrode (diameter 14 mm, thickness 0.1 mm), polyethylene separator (diameter 16 mm, thickness 0.02 mm), 200 μL of electrolyte (EC: 1 M LiPF 6 in EMC 1: 3 v / v), and A graphite electrode (diameter 14 mm) was used and assembled in an Ar filled glove box.

組み立て後、ポテンシオスタット/ガルバノスタット(MACCOR, MODEL 4000)を使用して測定を行った。セルを0.1Cで5mVまで充電し(0.1CのCレートは、完全な半サイクルが1/0.1=10時間で完了したことを意味する)、その後、電流が0.005Cに低下するまで定電位ステップを実施し、次いで、0.1Cで1.5Vまで放電した。放電時に測定された容量(比電荷)を可逆容量として定義した。充電時に測定された容量と可逆容量との差を不可逆容量として定義し、百分率として規定されるクーロン効率を、可逆容量を充電中に測定された容量で割ることにより算出した。   After assembly, measurements were made using a potentiostat / galvanostat (MACCOR, MODEL 4000). Charge the cell to 5mV at 0.1C (C rate of 0.1C means complete half cycle completed in 1 / 0.1 = 10 hours) then the current drops to 0.005C A potentiostatic step was performed until then and then discharged to 1.5 V at 0.1C. The capacity (specific charge) measured at the time of discharge was defined as a reversible capacity. The difference between the capacity measured during charging and the reversible capacity was defined as the irreversible capacity, and the Coulomb efficiency defined as a percentage was calculated by dividing the reversible capacity by the capacity measured during charging.

SOCを50%に調整した後、各コインセルを開け、50%SOCであった別のグラファイト電極とともにグラファイト電極を新たなセルに再集成した。電圧が正確に0Vでなければならない得られた対称セルをポテンシオスタット/ガルバノスタットに接続した。1Cでの20秒間の放電後の電圧を電流で除したものを電極抵抗として定義した。   After adjusting the SOC to 50%, each coin cell was opened, and the graphite electrode was reassembled into a new cell together with another graphite electrode that had been 50% SOC. The resulting symmetrical cell, whose voltage must be exactly 0 V, was connected to a potentiostat / galvanostat. The voltage after 20 seconds of discharge at 1 C divided by the current was defined as the electrode resistance.

サイクル安定性の尺度として、百分率として表される充電サイクル2〜12のサイクル当たりの容量損失を計算した。   As a measure of cycle stability, the capacity loss per cycle of charge cycles 2 to 12 expressed as a percentage was calculated.

百分率として表される高電流レート性能は、2C及び0.2C放電レートで測定した可逆容量の比から計算した。   High current rate performance, expressed as a percentage, was calculated from the ratio of reversible capacity measured at 2 C and 0.2 C discharge rates.

本開示の様々な態様を一般的な用語で説明したので、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの修正及びわずかな変更が可能であることは、当業者には明らかであろう。   Having described various aspects of the disclosure in general terms, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and slight variations are possible without departing from the spirit and scope of the present disclosure. .

使用例
実施例1
いくつかの高スプリングバックの表面改質されたグラファイト材料を、以下に概説する一般的な方法に従って作製した。表2aは、これらの材料の特性(粒度分布、c/2、L、L、比I/I、BET SSA及びスプリングバック)をまとめたものである。
Use Example Example 1
Several high springback surface modified graphite materials were made according to the general method outlined below. Table 2a summarizes the properties of these materials (particle size distribution, c / 2, L c , L a , ratio I D / I G , BET SSA and springback).

表面改質された炭素質粒状材料を製造するための一般的方法
以下は、実施例で示す各種炭素質材料がどのように得られるかについての一般的記載である。
低スプリングバック成分:
合成グラファイト:
石油系コークスを、不活性ガス雰囲気下で2500℃を超える温度でグラファイト化し、適切な粒度分布に粉砕した。
天然フレークグラファイト:
化学的又は熱的に精製された天然フレークグラファイトを適切な粒度分布に粉砕した。
高スプリングバック成分:
方法A:
石油系又は石炭系コークスを粉砕し、分級又は篩い分けして所望の粒度分布を調整し、次いで、微細コークスを不活性ガス雰囲気下で2500℃を超える温度でグラファイト化した。次いで、得られたグラファイトを、連続運転式もしくは回分式回転炉、転動床反応器、流動床反応器、固定床反応器又は多段炉床炉を使用して、空気、二酸化炭素、水蒸気又は酸素中で、600〜1000℃の温度で、又は、オゾン中で(より低い温度で)、酸化させた。
方法B:
石油系又は石炭系コークスを、2500℃を超える温度でグラファイト化し、適切な粒度分布に達するように、得られた原料グラファイトを機械的処理により粉砕及び成形した。次いで、微細グラファイトを、連続運転式もしくは回分式回転炉、転動床反応器、流動床反応器、固定床反応器又は多段炉床炉反応器で、600〜1100℃の温度で、炭化水素ガス又はアルコール蒸気と窒素との混合物中で表面処理した。ガス流量、分圧、前駆体ガスの種類、滞留時間及び供給速度は、当業者に周知のように、所望のBET SSAに達するように選択された。
方法C:
化学的又は熱的に精製された天然グラファイトを、適切な粒度分布に達するように、機械的処理によって粉砕及び成形した。次いで、微細グラファイトを、連続運転式もしくは回分式回転炉、転動床反応器、流動床反応器、固定床反応器又は多段炉床炉で、600〜1100℃の温度で、炭化水素ガス又はアルコール蒸気と窒素との混合物中で表面処理した。ガス流量、分圧、前駆体ガスの種類、滞留時間及び供給速度は、当業者に周知のように、所望のBET SSAに達するように選択された。
方法D:
方法Bによって得られたグラファイトを、連続運転式もしくは回分式回転炉、転動床反応器、流動床反応器、固定床反応器又は多重炉床炉で、500℃〜900℃の温度で、空気、二酸化炭素、水蒸気又は酸素雰囲気中でさらに処理した。
方法E:
方法Cにより得られたグラファイトを、連続運転式もしくは回分式回転炉、転動床反応器、流動床反応器、固定床反応器又は多段炉床炉で、空気、二酸化炭素、水蒸気又は酸素雰囲気中で、500℃〜900℃の温度で、さらに処理した。
General Methods for Producing Surface-Modified Carbonaceous Particulate Materials The following is a general description of how the various carbonaceous materials shown in the Examples can be obtained.
Low springback component:
Synthetic Graphite:
Petroleum-based coke was graphitized at temperatures above 2500 ° C. under inert gas atmosphere and ground to a suitable particle size distribution.
Natural flake graphite:
Chemically or thermally refined natural flake graphite was ground to a suitable particle size distribution.
High springback component:
Method A:
Petroleum-based or coal-based coke was crushed and classified or sieved to adjust the desired particle size distribution, and then the fine coke was graphitized at temperatures above 2500 ° C. under an inert gas atmosphere. The obtained graphite is then subjected to air, carbon dioxide, water vapor or oxygen using a continuously operating or batch type rotary furnace, a rolling bed reactor, a fluidized bed reactor, a fixed bed reactor or a multistage hearth furnace. Oxidation was carried out at a temperature of 600 to 1000 ° C. or in ozone (at a lower temperature).
Method B:
Petroleum-based or coal-based coke was graphitized at temperatures exceeding 2500 ° C., and the obtained raw material graphite was crushed and shaped by mechanical processing so as to reach an appropriate particle size distribution. The finely divided graphite may then be hydrocarbon gas at a temperature of 600-1100 ° C. in a continuously operating or batch type rotary furnace, a rolling bed reactor, a fluidized bed reactor, a fixed bed reactor or a multistage hearth reactor. Alternatively, the surface was treated in a mixture of alcohol vapor and nitrogen. Gas flow rates, partial pressures, precursor gas types, residence times and feed rates were chosen to reach the desired BET SSA, as is well known to those skilled in the art.
Method C:
Chemically or thermally refined natural graphite was ground and shaped by mechanical processing to reach an appropriate particle size distribution. The finely divided graphite is then subjected to a hydrocarbon gas or alcohol at a temperature of 600 to 1100 ° C. in a continuously operating or batch type rotary furnace, rolling bed reactor, fluidized bed reactor, fixed bed reactor or multistage hearth furnace. The surface was treated in a mixture of steam and nitrogen. Gas flow rates, partial pressures, precursor gas types, residence times and feed rates were chosen to reach the desired BET SSA, as is well known to those skilled in the art.
Method D:
The graphite obtained by method B is air at a temperature of 500.degree. C. to 900.degree. C. in a continuously operating or batch type rotary furnace, rolling bed reactor, fluidized bed reactor, fixed bed reactor or multiple hearth furnace. Further treatment in an atmosphere of carbon dioxide, steam or oxygen.
Method E:
Graphite obtained by method C in a continuously operating or batch type rotary furnace, rolling bed reactor, fluidized bed reactor, fixed bed reactor or multistage hearth furnace, in an atmosphere of air, carbon dioxide, steam or oxygen At a temperature of 500.degree. C. to 900.degree.

酸化処理は、特に高反応性ガスであるオゾンを使用する場合、より低い温度、又は周囲温度でも、都合よく行うことができることに留意されたい。   It should be noted that the oxidation treatment can conveniently be performed at lower temperatures or even at ambient temperature, especially when using ozone, which is a highly reactive gas.

次いで、高スプリングバックの表面改質グラファイト材料を主成分として、いくつかの低スプリングバックグラファイト材料の様々な量と組み合わせ、その特性を表2bにまとめた(粒度分布、c/2、L、BET SSA、スコット密度、吸油量、スプリングバック及びキシレン密度)を約1時間シェーカーミキサーで混合し、活物質混合物を得る。 The high springback surface modified graphite material is then combined with various amounts of several low springback graphite materials, based on which the properties are summarized in Table 2b (particle size distribution, c / 2, L c , BET SSA, Scott density, oil absorption, springback and xylene density) are mixed for about 1 hour with a shaker mixer to obtain an active material mixture.

その後、活物質混合物を水で処理して、97%の上記特定の活物質を含有する水性グラファイトスラリーを得た。グラファイトスラリーは、98:1:1グラファイト、CMC(カルボキシメチルセルロース)及びSBR(スチレン−ブタジエンゴム)の質量比で、自転−公転ミキサー(THINKY, ARE-310)を用いて調製した。このスラリーを銅箔(厚さ18μm)上に塗布することにより、塗布量が7mg/cm〜8mg/cmに制御されたグラファイト電極を製造した。電極を1.7g/cmの密度にプレスした。

Figure 2019508355
Figure 2019508355
Figure 2019508355
Thereafter, the active material mixture was treated with water to obtain an aqueous graphite slurry containing 97% of the above-mentioned specific active material. A graphite slurry was prepared using a rotation-revolution mixer (THINKY, ARE-310) at a mass ratio of 98: 1: 1 graphite, CMC (carboxymethylcellulose) and SBR (styrene-butadiene rubber). By applying the slurry onto a copper foil (thickness 18 [mu] m), the coating amount is to produce a graphite electrode that is controlled to 7mg / cm 2 ~8mg / cm 2 . Was pressed electrode density of 1.7 g / cm 3.
Figure 2019508355
Figure 2019508355
Figure 2019508355

実施例2
実施例1に記載の手順に従って、高スプリングバックグラファイト(グラファイトA)を主成分として低スプリングバックグラファイトと混合して負極を製造した。使用した高スプリングバックグラファイト及び低スプリングバックグラファイトの特定の質量%を表3に示す。得られたグラファイト負極を特徴付ける電気化学的測定値も表3に示す。

Figure 2019508355
Example 2
A negative electrode was prepared according to the procedure described in Example 1, mixing high springback graphite (graphite A) with low springback graphite as the main component. Specific percentages by weight of high springback graphite and low springback graphite used are shown in Table 3. The electrochemical measurements characterizing the resulting graphite negative electrode are also shown in Table 3.
Figure 2019508355

実施例3
実施例1に記載の手順に従って、別の高スプリングバックグラファイト(グラファイトC)を主成分として低スプリングバックグラファイトと混合してグラファイト負極を製造した。使用した高スプリングバックグラファイト及び低スプリングバックグラファイトの特定の質量%を表4に示す。得られたグラファイト負極の特性を表4に併せて示す。

Figure 2019508355
Example 3
According to the procedure described in Example 1, another high springback graphite (graphite C) was mixed as a main component with low springback graphite to produce a graphite negative electrode. Specific percentages by weight of high springback graphite and low springback graphite used are shown in Table 4. The characteristics of the obtained graphite negative electrode are shown together in Table 4.
Figure 2019508355

表4に示すように、低スプリングバックグラファイト材料は、比較的少ない量で電極抵抗を減少させるが、より高い量では抵抗の増加をもたらしたことが分かった。さらに、低スプリングバックグラファイト材料の量を増加させると、電極の可逆容量の一貫した増加をもたらした。これは、さらなる低スプリングバックグラファイト材料がバッテリ性能に悪影響を及ぼし始める閾値があることを示唆している。グラファイトCとグラファイト3の組成物についての電流レート性能データは、低スプリングバックグラファイト材料が約15質量%〜30質量%を超えると性能が著しく低下することを示唆している。   As shown in Table 4, it was found that the low springback graphite material reduced the electrode resistance by a relatively small amount, but the higher amount resulted in an increase in resistance. In addition, increasing the amount of low springback graphite material resulted in a consistent increase in the reversible capacity of the electrode. This implies that there is a threshold where additional low springback graphitic materials begin to adversely affect battery performance. The current rate performance data for the compositions of Graphite C and Graphite 3 suggest that the performance is significantly degraded when the low springback graphite material exceeds about 15 wt% to 30 wt%.

実施例4
実施例1に記載の手順に従って、高スプリングバックグラファイトを主成分として低スプリングバックグラファイトと混合してグラファイト負極を製造した。使用した高スプリングバックグラファイト及び低スプリングバックグラファイトの特定の質量%を表5に示す。得られたグラファイト負極を特徴付ける電極パラメータも表5に示す。

Figure 2019508355
Example 4
According to the procedure described in Example 1, a graphite negative electrode was manufactured by mixing high springback graphite with low springback graphite as a main component. The specific weight percentages of high springback graphite and low springback graphite used are shown in Table 5. The electrode parameters characterizing the obtained graphite negative electrode are also shown in Table 5.
Figure 2019508355

実施例5
実施例1に記載の手順に従って、2種の高スプリングバックグラファイトの特定の混合物を低スプリングバックグラファイトと混合してグラファイト負極を製造した。使用した高スプリングバックグラファイト混合物と特定の質量%の低スプリングバックグラファイト成分との比を表6に示す。得られたグラファイト負極を特徴付ける電気化学的測定値も表6に示す。

Figure 2019508355
Example 5
Following the procedure described in Example 1, a particular mixture of two high springback graphites was mixed with low springback graphites to produce a graphite negative electrode. The ratio of the high springback graphite mixture used to the particular springback low springback graphite component is shown in Table 6. The electrochemical measurements characterizing the resulting graphite negative electrode are also shown in Table 6.
Figure 2019508355

Claims (42)

少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料;及び
前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料よりも低いスプリングバックを有する少なくとも1種の炭素質粒状材料(「低スプリングバック炭素質材料」);
を含む組成物。
At least one surface modified carbonaceous particulate material; and at least one carbonaceous particulate material having lower springback than said at least one surface modified carbonaceous particulate material ("low springback carbon Quality material ");
A composition comprising:
前記表面改質された炭素質粒状材料が、20%以上、もしくは30%以上、又は40%以上のスプリングバックを有する高スプリングバックの表面改質された炭素質粒状材料であり、及び/又は
前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料粒状材料が、約18%以下、又は約15%以下のスプリングバックを有する、
請求項1に記載の組成物。
The surface-modified carbonaceous particulate material is a high springback surface-modified carbonaceous particulate material having a springback of 20% or more, or 30% or more, or 40% or more, and / or At least one low springback carbonaceous material particulate material has a springback of about 18% or less, or about 15% or less;
The composition of claim 1.
前記低スプリングバック炭素質材料のBET SSAが、前記表面改質された炭素質材料のBET SSAよりも高い、請求項1又は2に記載の組成物。   The composition according to claim 1 or 2, wherein the low springback carbonaceous material BET SSA is higher than the surface modified carbonaceous material BET SSA. 前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料が、
i)20m/g未満、15m/g未満、もしくは1〜10m/g、もしくは1〜8m/g、又は1〜6m/gのBET SSA;あるいは
ii)4.1m/g〜20m/g、もしくは4.5m/g〜15m/g、又は4.1m/g〜10m/gのBET SSA、
を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
The at least one surface modified carbonaceous particulate material is
i) 20 m 2 / g, less than 15 m 2 / g, or 1 to 10 m 2 / g, or 1~8m 2 / g, or 1~6m 2 / g BET SSA of; or
ii) 4.1m 2 / g~20m 2 / g, or 4.5m 2 / g~15m 2 / g, or 4.1m 2 / g~10m 2 / g of BET SSA,
The composition according to any one of claims 1 to 3, which comprises
前記表面改質された炭素質粒状材料が、単独又は組み合わせの、以下のパラメータのうちのいずれかよりさらに特徴付けられる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物:
a.1.0、1.5、2.0、2.5又は3.0を超えるL/L比;
b.50〜400nm、もしくは60〜200nm、もしくは80〜180nm、又は100〜150nmの結晶子サイズL(XRDによって測定した場合);
c.5〜100nm、5〜60nm、又は6〜40nmの結晶子サイズL(ラマン分光法によって測定した場合);
d.約0.3353〜0.3370nm、又は約0.3354〜0.3365nmのc/2距離;
e.50ppmを超える、もしくは90ppmを超える、又は110ppmを超える酸素含有量;
f.20ppm未満、もしくは10ppm未満、又は5ppm未満のFe含有量;及び/又は
g.0.04%未満、もしくは0.01%未満、又は0.005%未満の灰分含有量。
The composition according to any one of the preceding claims, wherein the surface-modified carbonaceous particulate material is characterized further by any of the following parameters, alone or in combination:
a. L c / L a ratio greater than 1.0, 1.5, 2.0, 2.5 or 3.0;
b. Crystallite size L c (as measured by XRD) of 50-400 nm, or 60-200 nm, or 80-180 nm, or 100-150 nm;
c.5~100nm, 5~60nm, or (as measured by Raman spectroscopy) crystallite size L a in 6~40Nm;
d. C / 2 distance of about 0.3353 to 0.3370 nm, or about 0.3354 to 0.3365 nm;
e. Oxygen content above 50 ppm, or above 90 ppm, or above 110 ppm;
f. A Fe content of less than 20 ppm, or less than 10 ppm, or less than 5 ppm; and / or g. Ash content less than 0.04%, or less than 0.01%, or less than 0.005%.
前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料が、
h.5.0〜7.0、もしくは5.0〜6.5、もしくは5.2〜6、又は5.3〜5.5のpH値;
i.2.24〜2.26g/cm、もしくは2.245〜2.255g/cm、又は2.25〜2.255g/cmのキシレン密度;及び/又は
j.632.8nmの励起波長を有するレーザーにより測定した場合に、約0.3未満、もしくは約0.25未満、もしくは約0.2未満、又は約0.15未満のI/I比(R(I/I))を示すこと;
によりさらに特徴付けられる、請求項5に記載の組成物。
The at least one surface modified carbonaceous particulate material is
h. A pH value of 5.0 to 7.0, or 5.0 to 6.5, or 5.2 to 6, or 5.3 to 5.5;
i. A xylene density of 2.24 to 2.26 g / cm 3 , or 2.245 to 2.255 g / cm 3 , or 2.25 to 2.255 g / cm 3 ; and / or j. An ID / IG ratio (R) of less than about 0.3, or less than about 0.25, or less than about 0.2, or less than about 0.15, as measured by a laser having an excitation wavelength of 632.8 nm. Showing (I D / I G ));
6. The composition of claim 5, further characterized by
前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料が、500〜1100℃の温度で2〜30分間の処理時間での、1m/g〜約15m/gのBET表面積を有する炭素質粒状原料の酸化により得られる、請求項5又は6に記載の組成物。 Wherein at least one surface-modified carbonaceous particulate material, the processing time of 2 to 30 minutes at a temperature of 500 to 1100 ° C., carbonaceous having a BET surface area of 1 m 2 / g to about 15 m 2 / g The composition according to claim 5 or 6, which is obtained by oxidation of a granular raw material. 前記少なくとも1種の表面改質された炭素質材料が、非グラファイトの、必要に応じてアモルファスの、炭素コーティングを有する炭素質コア粒子を含むことにより特徴付けられる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。   6. A method according to any of the preceding claims, characterized in that said at least one surface-modified carbonaceous material comprises non-graphite, optionally amorphous, carbonaceous core particles with a carbon coating. The composition according to one item. 前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料が、
k.2.2〜2.255g/cm、又は2.23〜2.25g/cmのキシレン密度;
l.80〜350nmの結晶子サイズL
m.5〜100nmの結晶子サイズL
n.632.8nmの励起波長を有するレーザーで測定した場合に、約0.3を超えるI/I比(R(I/I))、必要に応じて約0.4〜1.0のR(I/I);及び/又は
o.80ppmを超える酸素含有量;
によりさらに特徴付けられる、請求項8に記載の組成物。
The at least one surface modified carbonaceous particulate material is
k. A xylene density of 2.2 to 2.255 g / cm 3 , or 2.23 to 2.25 g / cm 3 ;
l. Crystallite size L c of 80 to 350 nm;
m. Crystallite size L a of 5 to 100 nm;
n. An I D / I G ratio (R (I D / I G )) greater than about 0.3, optionally about 0.4 to 1.0, as measured with a laser having an excitation wavelength of 632.8 nm. R ( ID / IG ); and / or o. Oxygen content above 80 ppm;
9. The composition of claim 8, further characterized by
前記非グラファイトの、必要に応じてアモルファスの、炭素コーティングが、化学蒸着(CVD)により、必要に応じて、炭素質粒状原料を500〜1200℃の温度で炭化水素ガスにより3〜120分間の処理時間で化学蒸着処理することにより得られる、請求項8又は9に記載の組成物。   Said non-graphite, optionally amorphous, carbon coating is treated with hydrocarbon gas at a temperature of 500-1200 ° C. for 3 to 120 minutes, if necessary, by chemical vapor deposition (CVD), if necessary The composition according to claim 8 or 9, obtained by chemical vapor deposition treatment in time. 前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料の前記非グラファイト炭素コーティングが、親水性の非グラファイトの、必要に応じてアモルファスの、炭素コーティングであり、
必要に応じて、前記組成物の前記少なくとも1種の親水性の表面改質された炭素質粒状材料が、
(i)90°未満、75°未満、70°未満、又は65°未満である3秒後の接触角、及び/又は、約60°未満、40°未満、30°未満、25°未満、又は20°未満である5秒後の接触角;及び/又は
(ii)少なくとも59mJ/m、又は少なくとも62、67もしくは70mJ/mの前記親水性の表面改質された炭素質粒状材料の表面エネルギー、
により特徴付けられる濡れ性を示す、請求項8〜10のいずれか一項に記載の組成物。
The non-graphite carbon coating of the at least one surface-modified carbonaceous particulate material is a hydrophilic non-graphite, optionally amorphous, carbon coating,
Optionally, the at least one hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material of the composition comprises
(I) a contact angle after 3 seconds of less than 90 °, less than 75 °, less than 70 °, or less than 65 °, and / or less than about 60 °, less than 40 °, less than 30 °, less than 25 °, or A contact angle after 5 seconds which is less than 20 °; and / or (ii) the surface of said hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material of at least 59 mJ / m 2 or at least 62, 67 or 70 mJ / m 2 energy,
The composition according to any one of claims 8 to 10, which exhibits a wettability characterized by
前記親水性の表面改質された炭素質粒状材料の前記炭素コーティングが、酸化アモルファス炭素から構成される、請求項11に記載の組成物。   The composition of claim 11, wherein the carbon coating of the hydrophilic surface modified carbonaceous particulate material is comprised of oxidized amorphous carbon. 前記組成物中の前記少なくとも1種の親水性の表面改質された炭素質粒状材料が、
(i)約200ppmを超える、約400ppmを超える、約600ppmを超える、約700ppmを超える、又は約800ppmを超える酸素含有量;及び/又は
(ii)10.0m/g未満、8.0m/g未満、5.0m/g未満、4.0m/g未満、3.8m/g以上未満、又は3.6m/g未満のメソポア面積;
によりさらに特徴付けられる、請求項11又は12に記載の組成物。
The at least one hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material in the composition comprises
(I) an oxygen content of more than about 200 ppm, more than about 400 ppm, more than about 600 ppm, more than about 700 ppm, or more than about 800 ppm; and / or (ii) less than 10.0 m 2 / g, 8.0 m 2 Mesopore area less than 0.5 g / g, less than 5.0 m 2 / g, less than 4.0 m 2 / g, less than 3.8 m 2 / g, or less than 3.6 m 2 / g;
The composition according to claim 11 or 12, further characterized by
前記親水性の表面改質された炭素質粒状材料が、
(a)炭素質粒子に、非グラファイト炭素を、必要に応じて化学蒸着(CVD)により、コーティングすること、及び
(b)工程(a)から得られた炭素質粒状材料を、酸化処理にかけて、前記炭素質粒状材料の親水性を増加させること、
により得られる、請求項11〜13のいずれか一項に記載の組成物。
The hydrophilic surface-modified carbonaceous particulate material is
(A) coating carbonaceous particles with non-graphite carbon, if necessary, by chemical vapor deposition (CVD), and (b) subjecting the carbonaceous particulate material obtained from step (a) to oxidation treatment, Increasing the hydrophilicity of the carbonaceous particulate material,
The composition according to any one of claims 11 to 13, obtained by
前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料のコアを形成している炭素質粒子が、天然グラファイト、合成グラファイト、コークス、ハードカーボン、グラファイト化微細コークス、それらの混合物、又は、さらにケイ素、錫、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、銀、SiO(X=0.2〜1.8)もしくはSnO(SnO及びSnOを含む)粒子を含むかかる炭素粒子の組成物から選択され、
必要に応じて、前記炭素質コア粒子が、合成もしくは天然グラファイト粒子、又は合成もしくは天然グラファイト粒子とケイ素粒子の混合物である、
請求項1〜14のいずれか一項に記載の組成物。
The carbonaceous particles forming the core of the at least one surface-modified carbonaceous particulate material may be natural graphite, synthetic graphite, coke, hard carbon, graphitized fine coke, mixtures thereof, or even silicon Selected from the composition of such carbon particles comprising particles of tin, bismuth, antimony, aluminum, silver, SiO x (x = 0.2 to 1.8) or SnO x (including SnO and SnO 2 ),
Optionally, the carbonaceous core particles are synthetic or natural graphite particles, or a mixture of synthetic or natural graphite particles and silicon particles,
The composition according to any one of claims 1-14.
前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料が、
p.10〜50μm、もしくは15〜45μm、又は20〜40μmの粒度分布(D90);
q.5〜40μm、もしくは7〜30μm、又は10〜25μmの粒度分布(D50);
r.0.7g/cmを超える、もしくは0.8g/cmを超える、もしくは0.9g/cmを超える、もしくは0.95g/cmを超える、又は1g/cmを超えるタップ密度;
s.20ppm未満、もしくは10ppm未満、又は5ppm未満のFe含有量;及び/又は
t.0.04%未満、もしくは0.01%未満、又は0.005%未満の灰分含有量;
によりさらに特徴付けられる、請求項1〜15のいずれか一項に記載の組成物。
The at least one surface modified carbonaceous particulate material is
p. Particle size distribution (D 90 ) of 10 to 50 μm, or 15 to 45 μm, or 20 to 40 μm;
q. Particle size distribution (D 50 ) of 5-40 μm, or 7-30 μm, or 10-25 μm;
r. A tap density of greater than 0.7 g / cm 3 , or greater than 0.8 g / cm 3 , or greater than 0.9 g / cm 3 , or greater than 0.95 g / cm 3 , or greater than 1 g / cm 3 ;
s. An Fe content of less than 20 ppm, or less than 10 ppm, or less than 5 ppm; and / or t. Ash content less than 0.04%, or less than 0.01%, or less than 0.005%;
The composition according to any one of claims 1 to 15, further characterized by
前記低スプリングバック炭素質粒状材料が、天然グラファイト、合成グラファイト、コークス、剥離グラファイト、グラフェン、少数層グラフェン、グラファイトファイバー、ナノグラファイト、非グラファイトカーボン、カーボンブラック、石油系もしくは石炭系コークス、ガラス状カーボン、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンファイバー、ハードカーボン、グラファイト化微細コークス、もしくはそれらの混合物、又は、さらにケイ素、錫、ビスマス、アンチモン、アルミニウム、銀、SiO(X=0.2〜1.8)もしくはSnO(SnO及びSnOを含む)粒子を含むかかる炭素粒子の組成物から選択され、
必要に応じて、前記炭素質粒子は、合成もしくは天然グラファイト粒子、又は合成もしくは天然グラファイト粒子とケイ素粒子との混合物である、
請求項1〜16のいずれか一項に記載の組成物。
The low spring back carbonaceous particulate material is natural graphite, synthetic graphite, coke, exfoliated graphite, graphene, few-layer graphene, graphite fiber, nanographite, non-graphite carbon, carbon black, petroleum-based or coal-based coke, glassy carbon , Carbon nanotubes, fullerenes, carbon fibers, hard carbon, graphitized fine coke, or a mixture thereof, or further silicon, tin, bismuth, antimony, aluminum, silver, SiO x (X = 0.2 to 1.8) Or selected from the composition of such carbon particles comprising SnO x (containing SnO and SnO 2 ) particles,
Optionally, the carbonaceous particles are synthetic or natural graphite particles, or a mixture of synthetic or natural graphite particles and silicon particles,
A composition according to any one of the preceding claims.
前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料が、酸化及び/又は非グラファイト炭素コーティングにより表面改質されていない、請求項1〜17のいずれか一項に記載の組成物。   The composition according to any one of the preceding claims, wherein the at least one low springback carbonaceous material is not surface modified by an oxidized and / or non-graphitic carbon coating. 前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料が高結晶性グラファイトであり、必要に応じて、前記グラファイトが、0.3370nm以下、0.3365nm以下、0.3362nm以下、又は0.3360nm以下のc/2距離を有する、請求項1〜18のいずれか一項に記載の組成物。   The at least one low springback carbonaceous material is highly crystalline graphite, and optionally, the graphite has a c of 0.3370 nm or less, 0.3365 nm or less, 0.3362 nm or less, or 0.3360 nm or less c. 19. A composition according to any one of the preceding claims, having a / 2 distance. 前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料が天然グラファイト又は合成グラファイトである、請求項1〜19のいずれか一項に記載の組成物。   20. The composition of any one of the preceding claims, wherein the at least one low springback carbonaceous material is natural graphite or synthetic graphite. 前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質材料が、単独又は組み合わせの、以下のパラメータのうちのいずれかによりさらに特徴付けられる、請求項1〜20のいずれか一項に記載の組成物:
a.約5m/gを超える、もしくは約6m/gを超える、又は約7m/gを超えるBET SSA;
b.3〜50μm、もしくは5〜30μm、又は6〜27μmの粒度分布(D90);
c.1〜30μm、もしくは2〜20μm、又は3〜15μmの粒度分布(D50);
d.0.5〜10μm、もしくは1〜7μm、又は2〜5μmの粒度分布(D10);
e.30〜400nm、もしくは50〜350nm、又は70〜250nmの結晶子サイズL(XRDによって測定した場合);
f.約0.4g/cm未満、もしくは0.3g/cm未満、又は0.25g/cm未満のスコット密度;
g.2.24〜2.27g/cm、もしくは2.25〜2.265g/cm、2.255〜2.265g/cmのキシレン密度;及び/又は
h.632.8nmの励起波長を有するレーザーで測定した場合に、約0.3未満、もしくは約0.25未満、もしくは約0.2未満、又は約0.15未満のI/I比(R(I/I))を示すこと。
21. The composition according to any one of the preceding claims, wherein said at least one low springback carbonaceous material, alone or in combination, is further characterized by any of the following parameters:
a. BET SSA greater than about 5 m 2 / g, or greater than about 6 m 2 / g, or greater than about 7 m 2 / g;
b. Particle size distribution (D 90 ) of 3 to 50 μm, or 5 to 30 μm, or 6 to 27 μm;
c. Particle size distribution (D 50 ) of 1 to 30 μm, or 2 to 20 μm, or 3 to 15 μm;
d. Particle size distribution (D 10 ) of 0.5 to 10 μm, or 1 to 7 μm, or 2 to 5 μm;
e. Crystallite size L c (as measured by XRD) of 30 to 400 nm, or 50 to 350 nm, or 70 to 250 nm;
f. Scott density less than about 0.4 g / cm 3 , or less than 0.3 g / cm 3 , or less than 0.25 g / cm 3 ;
g. A xylene density of 2.24 to 2.27 g / cm 3 , or 2.25 to 2.265 g / cm 3 , 2.255 to 2.265 g / cm 3 ; and / or h. An ID / IG ratio (R) of less than about 0.3, or less than about 0.25, or less than about 0.2, or less than about 0.15, as measured by a laser having an excitation wavelength of 632.8 nm. Show (I D / I G )).
前記低スプリングバック炭素質材料の含有量が、前記組成物の約30質量%未満、もしくは約25質量%未満、もしくは約20質量%未満、もしくは1〜25質量%、もしくは2〜25質量%、もしくは2〜15質量%、もしくは5〜15質量%、又は10〜15質量%である、請求項1〜21に記載の組成物。   The content of the low springback carbonaceous material is less than about 30% by weight, or less than about 25% by weight, or less than about 20% by weight, or 1 to 25% by weight, or 2 to 25% by weight of the composition. 22. A composition according to claim 1 or 2 or 2 to 15 wt%, or 5 to 15 wt%, or 10 to 15 wt%. 前記組成物は、さらに、少なくとも1種の炭素質添加剤を含み、必要に応じて、前記炭素質添加剤の含有量は、0質量%〜10質量%、もしくは0.5質量%〜5質量%、又は1質量%〜4質量%である、請求項1〜22のいずれか一項に記載の組成物。   The composition further contains at least one carbonaceous additive, and, if necessary, the content of the carbonaceous additive is 0% by mass to 10% by mass, or 0.5% by mass to 5% by mass The composition according to any one of the preceding claims, which is% or 1% to 4% by weight. 前記炭素質添加剤が、天然グラファイト、合成グラファイト、コークス、剥離グラファイト、グラフェン、少数層グラフェン、グラファイトファイバー、ナノグラファイト、非グラファイトカーボン、ハードカーボン、グラファイト化微細コークス、カーボンブラック、石油系もしくは石炭系コークス、ガラス状カーボン、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンファイバー、又はこれらの混合物などの導電性添加剤から選択される、請求項23に記載の組成物。   The carbonaceous additive is natural graphite, synthetic graphite, coke, exfoliated graphite, graphene, few-layer graphene, graphite fiber, nanographite, non-graphite carbon, hard carbon, graphitized fine coke, carbon black, petroleum-based or coal-based 24. The composition of claim 23, wherein the composition is selected from conductive additives such as coke, glassy carbon, carbon nanotubes, fullerenes, carbon fibers, or mixtures thereof. 前記組成物が、さらに、ポリマーバインダー材料を含み、必要に応じて、前記ポリマーバインダーが、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリル酸及びその誘導体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、又はそれらの混合物から選択される、請求項1〜24のいずれか一項に記載の組成物。   The composition further comprises a polymer binder material, and if necessary, the polymer binder is styrene butadiene rubber (SBR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylic acid and its derivatives, 25. The composition according to any one of the preceding claims, selected from polyvinylidene fluoride (PVDF), or mixtures thereof. 前記ポリマーバインダーの含有量が、前記組成物の約1質量%〜約5質量%である、請求項25に記載の組成物。   26. The composition of claim 25, wherein the content of the polymeric binder is about 1% to about 5% by weight of the composition. 前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料が、前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質粒状材料のスプリングバックよりも少なくとも2%高い、もしくは少なくとも5%高い、もしくは少なくとも10%高い、又は少なくとも15%高いスプリングバックを有する、請求項1〜26のいずれか一項に記載の組成物。   Said at least one surface modified carbonaceous particulate material is at least 2% higher, or at least 5% higher, or at least 10% higher than the springback of said at least one low springback carbonaceous particulate material; 27. A composition according to any one of the preceding claims, which has a springback which is at least 15% higher. 前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料が、約25%〜約65%又は約55%〜約60%のスプリングバックを有し、前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質粒状材料が約5%〜約15%又は約7%〜約12%のスプリングバックを有する、請求項1〜27のいずれか一項に記載の組成物。   The at least one surface modified carbonaceous particulate material has about 25% to about 65% or about 55% to about 60% springback, and the at least one low springback carbonaceous particulate material 28. The composition according to any one of the preceding claims, wherein has a springback of about 5% to about 15% or about 7% to about 12%. 前記組成物は、少なくとも75質量%の前記少なくとも1種の表面改質された炭素質粒状材料と、2質量%〜15質量%の前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質粒状材料とを含む、請求項1〜28のいずれか一項に記載の組成物。   The composition comprises at least 75% by weight of the at least one surface modified carbonaceous particulate material and 2% by weight to 15% by weight of the at least one low springback carbonaceous particulate material. 29. A composition according to any one of the preceding claims. 前記組成物がさらにカーボンブラックを含む、請求項1〜29のいずれか一項に記載の組成物。   The composition according to any one of the preceding claims, wherein the composition further comprises carbon black. 前記少なくとも1種の低スプリングバック炭素質粒状材料が5μm〜30μmのD90直径と、2〜20μmのD50直径と、1〜7μmのD10直径とを有する、請求項1〜30のいずれか一項に記載の組成物。 Wherein at least one low springback carbonaceous particulate material D 90 diameter of 5 m to 30 m, has a D 50 diameter of 2 to 20 [mu] m, and a D 10 diameter of 1 to 7 [mu] m, claim 1-30 The composition according to one item. Liイオンバッテリの負極の製造における請求項1〜31のいずれか一項に記載の組成物の使用であって、必要に応じて、前記Liイオンバッテリは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はエネルギー貯蔵セルにおいて使用される、前記組成物の使用。   32. Use of a composition according to any one of claims 1 to 31 in the manufacture of a negative electrode of a Li-ion battery, wherein said Li-ion battery is optionally an electric car, a hybrid electric car or an energy storage Use of the composition as used in a cell. 炭素質添加剤としての請求項1又は17〜21のいずれか一項に記載の低スプリングバック炭素質粒状材料の使用であって、前記炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、セルの出力密度を維持しながら、Liイオンバッテリのセル容量及び/又はサイクル安定性を増加させる、炭素質添加剤としての請求項1又は17〜21のいずれか一項に記載の低スプリングバック炭素質粒状材料の使用。   22. Use of the low springback carbonaceous particulate material according to any one of claims 1 or 17-21 as a carbonaceous additive, as compared to a cell having an anode free of said carbonaceous additive. 22. Low springback according to any one of claims 1 or 17-21 as a carbonaceous additive, which increases the cell capacity and / or cycle stability of a Li-ion battery while maintaining the power density of the cell. Use of carbonaceous granular material. 2回目から12回目の充電サイクルの間の1サイクル当たりの損失が約0.1%以下であり、可逆セル容量が約350mAh/g以上である、請求項33に記載の使用。   34. The use according to claim 33, wherein the loss per cycle between the second and the twelfth charging cycles is about 0.1% or less and the reversible cell capacity is about 350 mAh / g or more. 炭素質添加剤としての請求項1又は17〜21のいずれか一項に記載の低スプリングバック炭素質粒状材料の使用であって、前記炭素質添加剤を含まないアノードを有するセルと比較して、セルの出力密度を維持しながら、Liイオンバッテリのアノードの密度を増加させ、
必要に応じて、前記炭素質添加剤を含まないアノードを有する電池と比較して、電極密度が、少なくとも約3%、5%、7%又は10%増加した、
前記低スプリングバック炭素質粒状材料の使用。
22. Use of the low springback carbonaceous particulate material according to any one of claims 1 or 17-21 as a carbonaceous additive, as compared to a cell having an anode free of said carbonaceous additive. , Increase the density of the Li-ion battery anode, while maintaining the cell's power density,
Optionally, the electrode density has been increased by at least about 3%, 5%, 7% or 10% as compared to a cell having an anode without said carbonaceous additive.
Use of said low springback carbonaceous particulate material.
請求項1〜31のいずれか一項に記載の組成物を含む電極。   An electrode comprising the composition according to any one of the preceding claims. Liイオンバッテリのアノード中に活物質として請求項1〜31のいずれか一項に記載の組成物を含むLiイオンバッテリ。   32. A Li-ion battery comprising the composition according to any one of claims 1 to 31 as active material in the anode of a Li-ion battery. 請求項37に記載のLiイオンバッテリを含む、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はエネルギー貯蔵セル。   An electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or an energy storage cell comprising the Li-ion battery according to claim 37. 請求項1〜31のいずれか一項に記載の組成物を含むポリマー複合材料であって、必要に応じて、前記組成物が5〜95質量%、好ましくは10〜85質量%の割合で存在する、ポリマー複合材料。   32. A polymer composite material comprising the composition according to any one of claims 1 to 31, wherein the composition is present in a proportion of 5 to 95% by mass, preferably 10 to 85% by mass, as the case requires. To be a polymer composite material. 請求項1〜31のいずれか一項に記載の組成物を含むカーボンブラシ又は摩擦パッド。   32. A carbon brush or friction pad comprising the composition according to any one of the preceding claims. 請求項1〜31のいずれか一項に記載の組成物を気孔形成材料として含むセラミック、セラミック前駆体材料又はグリーン材料。   32. A ceramic, ceramic precursor material or green material comprising the composition according to any one of claims 1 to 31 as a pore forming material. 液体、好ましくは水又は水をベースとするものと、請求項1〜31のいずれか一項に記載の組成物とを含む分散体であって、前記分散体は、40質量%の前記炭素質材料を含有する水性分散体では、10s−1の剪断速度で2000〜4000mPa・sの低い粘度を有する、前記分散体。 A dispersion comprising a liquid, preferably water or water based, and a composition according to any of claims 1 to 31, wherein the dispersion comprises 40% by weight of said carbonaceous material In the aqueous dispersion containing the material, said dispersion having a low viscosity of 2000 to 4000 mPa · s at a shear rate of 10 s −1 .
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